手写桶排序算法

Posted 2021-07-26 实力程序员

桶排序算法的思想是：把待排序数据，按照一定的规则，分配到不同的桶中，使得桶与桶之间形成有序的关系。然后每个桶内再单独排序，这样整个数列就全局有序了。

因此，桶排序的核心要点，包括：

1）桶的数量

2）数据分配到桶的规则

3）桶内排序的算法

桶的数量如果太多，可能会导致有些桶没有数据，白白浪费这些桶的空间。如果桶的数量太少，可能会导致桶内数据太多，桶内排序时间过长。

数据分配到桶的规则，如果与数列不匹配，可能会导致有些桶分配数据过多，有些桶数据很少甚至没有数据的情况发生。

桶内排序的算法，可以使用任意排序算法。

用个例子来说明：

待排序数列为：

8, 35, 13, 29, 16, 30, 2, 22

分配4个桶。

数据分配到桶的规则为：0号桶存放从0到9闭区间的数据，1号桶存放10到19闭区间的数据，2号桶存放20到29闭区间的数据，3号桶存放30及更大的数据。

按照数据分配到桶的规则，将待排序数列中的数据，分配到桶：

然后每个桶内进行排序：

最终，所有桶的数据，就形成了最终排好序的数列。

桶排序算法，C语言实现的代码如下：

(ivec_t 是动态变长数组，存储integer 数据。类似c++中的vector，代码实现见后面)

void bucket_sort(int* parr, int count) { int bucket_num = 4; ivec_t* pbuckets = (ivec_t*)malloc(bucket_num * sizeof(ivec_t)); for (int i = 0; i < bucket_num; i++) { ivec_init(pbuckets + i, 4); } // distribute integers to buckets for (int i = 0; i < count; i++) { int bucket_idx = parr[i] / 10; // each bucket storage [bucket_idx*10, (bucket_idx+1)*10 - 1] if (bucket_idx >= bucket_num) { bucket_idx = bucket_num; }
 ivec_append(pbuckets + bucket_idx, parr[i]); } // sort each bucket, store them back to parr int idx = 0; for (int i = 0; i < bucket_num; i++) { ivec_t* pbucket = pbuckets + i; int* pdata = ivec_buf(pbucket); int len = ivec_len(pbucket); if (len > 0) { quick_sort(pdata, 0, len - 1); // sort bucket // store them back to parr for (int k = 0; k < len; k++) { parr[idx++] = pdata[k]; } } } // destroy buckets for (int i = 0; i < bucket_num; i++) { ivec_destroy(pbuckets + i); } free(pbuckets);}

上述代码中，使用了 ivec_t 这样的数据结构及相关函数，实现对桶的数据管理。ivec_t 的实现代码如下：

typedef struct ivec_t { int cap; int len; int* pbuf;} ivec_t;
int ivec_init(ivec_t* pvec, int cap);int ivec_append(ivec_t* pvec, int val);int ivec_len(ivec_t* pvec);int* ivec_buf(ivec_t* pvec);int ivec_destroy(ivec_t* pvec);
int ivec_init(ivec_t* pvec, int cap) { pvec->len = 0; pvec->cap = cap; pvec->pbuf = (int*)malloc(cap * sizeof(int)); return 0;}
int ivec_append(ivec_t* pvec, int val) { if (pvec->len >= pvec->cap) { // need expand int new_cap = pvec->cap * 2; int* pnew_buf = realloc(pvec->pbuf, new_cap * sizeof(int)); if (!pnew_buf) { return -1; }
 pvec->pbuf = pnew_buf; pvec->cap = new_cap; }
 pvec->pbuf[pvec->len++] = val; return 0;}
int ivec_len(ivec_t* pvec) { return pvec->len;}
int* ivec_buf(ivec_t* pvec) { return pvec->pbuf;}
int ivec_destroy(ivec_t* pvec) { free(pvec->pbuf); memset(pvec, 0, sizeof(*pvec)); return 0;}