在不使用动态内存分配的情况下实现桶排序和计数排序

Posted 2023-02-22

【中文标题】在不使用动态内存分配的情况下实现桶排序和计数排序

【英文标题】：Implementing Bucket Sort and Counting Sort Without Using Dynamic Memory Allocation

【发布时间】：2020-11-06 20:46:09

【问题描述】：

我正在练习 C++ 中的排序算法，我应该在不使用向量的情况下实现这些算法。所以未排序的数组大小可以在开头#define ARR_SIZE 25 决定，元素是从均匀分布的随机数中选择的。

void Sorters::InitializeArray()

for (int i = 0; i < ARR_SIZE; i++) 
    arr[i] = uniformRandom.RandomlyDistribute(LOWER_ARRAY_LIMIT, UPPER_ARRAY_LIMIT);
    

随机数的下限是#define LOWER_ARRAY_LIMIT 0，上限是#define UPPER_ARRAY_LIMIT 200。我实现了一个冒泡排序，即

void Sorters::BubbleSort(int arr[], int arraySize)

for (int k = 0; k < arraySize; k++)
    for (int i = 0; i < arraySize - k - 1; i++)
        if (arr[i] > arr[i + 1]) 
            temporaryVal = arr[i];
            arr[i] = arr[i + 1];
            arr[i + 1] = temporaryVal;
        

但是，我在使用桶排序和计数排序时遇到了麻烦。我该如何实施它们？在桶排序中，我将如何确定每个桶的大小，因为它不是动态的？谢谢。

【参考方案1】：

桶排序：

您可以就地进行桶排序，因此无需分配额外的空间。只需根据二进制表示进行桶排序。伪代码如下：

bucket_sort_int(arr, lower, upper, bit):
    if bit == -1:
        return
    
    l, u = lower, upper
    while l < u:
        if ~bitmask(bit) & arr[l]:
            l++
        else if bitmask(bit) & arr[u]:
            u--
        else:
            arr[l], arr[u] = arr[u], arr[l]
            l++
            u--

    bucket_sort_int(arr, lower, u, bit - 1)
    bucket_sort_int(arr, u + 1, upper, bit - 1)

bucket_sort(arr):
    bucket_sort_int(arr, 0, len(arr) - 1, sizeof(arr[0]) * 8 - 1)

基本上只需按最高有效位对数组进行分区，按下一个最高有效位对每个分区进行排序，然后递归应用此操作，直到对整个数组进行排序。

计数排序：arr 中可能值的范围无论如何都需要事先知道。所以无论如何都不需要使用动态数组。只需使用预定义长度的全局数组和标准算法即可。

【讨论】：

感谢您的回答。打扰一下，但是由于我是初学者，所以我需要问一下如何使用~bitmask。如果我要使用“~bitmask(bit)”和“bitmask(bit)”，你有什么小例子吗？另外，就数据类型而言，位的类型应该是什么？ @保罗

@Metalian bitmask(n) 只是位 n 的位掩码。所以基本上bitmask(n) = 1 << n。另请注意，我在上面的代码中更改了bucket_sort。 bit 现在是 sizeof(arr[0]) * 8 - 1。