From Gossip@caterpillar

Algorithm Gossip: 基數排序法

說明

在之前所介紹過的排序方法,都是屬於「比較性」的排序法,也就是每次排序時 ,都是比較整個鍵值的大小以進行排序。

這邊所要介紹的「基數排序法」(radix sort)則是屬於「分配式排序」(distribution sort),基數排序法又稱「桶子法」(bucket sort)或bin sort,顧名思義,它是透過鍵值的部份資訊,將要排序的元素分配至某些「桶」中,藉以達到排序的作用,基數排序法是屬於穩定性的排序,其時間複雜度為O (nlog(r)m),其中r為所採取的基數,而m為堆數,在某些時候,基數排序法的效率高於其它的比較性排序法。

解法

基數排序的方式可以採用LSD(Least sgnificant digital)或MSD(Most sgnificant digital),LSD的排序方式由鍵值的最右邊開始,而MSD則相反,由鍵值的最左邊開始。

以LSD為例,假設原來有一串數值如下所示:
73, 22, 93, 43, 55, 14, 28, 65, 39, 81

首先根據個位數的數值,在走訪數值時將它們分配至編號0到9的桶子中:
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

81


65


39



43 14 55

28



93







22 73






接下來將這些桶子中的數值重新串接起來,成為以下的數列:
81, 22, 73, 93, 43, 14, 55, 65, 28, 39

接著再進行一次分配,這次是根據十位數來分配:
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

28 39







14 22
43 55 65 73 81 93

接下來將這些桶子中的數值重新串接起來,成為以下的數列:
14, 22, 28, 39, 43, 55, 65, 73, 81, 93

這時候整個數列已經排序完畢;如果排序的對象有三位數以上,則持續進行以上的動作直至最高位數為止。

LSD的基數排序適用於位數小的數列,如果位數多的話,使用MSD的效率會比較好,MSD的方式恰與LSD相反,是由高位數為基底開始進行分配,其他的演 算方式則都相同。

實作

#include <stdio.h> 
#include <stdlib.h>

int main(void) {
int data[10] = {73, 22, 93, 43, 55, 14, 28, 65, 39, 81};
int temp[10][10] = {0};
int order[10] = {0};
int i, j, k, n, lsd;

k = 0;
n = 1;

printf("\n排序前: ");
for(i = 0; i < 10; i++)
printf("%d ", data[i]);

putchar('\n');

while(n <= 10) {
for(i = 0; i < 10; i++) {
lsd = ((data[i] / n) % 10);
temp[lsd][order[lsd]] = data[i];
order[lsd]++;
}

printf("\n重新排列: ");
for(i = 0; i < 10; i++) {
if(order[i] != 0)
for(j = 0; j < order[i]; j++) {
data[k] = temp[i][j];
printf("%d ", data[k]);
k++;
}
order[i] = 0;
}

n *= 10;
k = 0;
}

putchar('\n');
printf("\n排序後: ");
for(i = 0; i < 10; i++)
printf("%d ", data[i]);

return 0;
}

public class RadixSort {
public static void sort(int[] number, int d) {
int k = 0;
int n = 1;

int[][] temp = new int[number.length][number.length];
int[] order = new int[number.length];

while(n <= d) {
for(int i = 0; i < number.length; i++) {
int lsd = ((number[i] / n) % 10);
temp[lsd][order[lsd]] = number[i];
order[lsd]++;
}

for(int i = 0; i < number.length; i++) {
if(order[i] != 0)
for(int j = 0; j < order[i]; j++) {
number[k] = temp[i][j];
k++;
}
order[i] = 0;
}

n *= 10;
k = 0;
}
}

public static void main(String[] args) {
int[] data =
{73, 22, 93, 43, 55, 14, 28, 65, 39, 81, 33, 100};

RadixSort.sort(data, 100);

for(int i = 0; i < data.length; i++) {
System.out.print(data[i] + " ");
}
}
}