桶排序

概要

本章介绍排序算法中的桶排序。内容包括：
1. 桶排序介绍
2. 桶排序图文说明
3. 桶排序实现
3.1  桶排序C实现
3.2  桶排序C++实现
3.3  桶排序Java实现

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更多排序和算法请参考：数据结构与算法系列 目录

桶排序介绍

桶排序(Bucket Sort)的原理很简单，它是将数组分到有限数量的桶子里。

假设待排序的数组a中共有N个整数，并且已知数组a中数据的范围[0, MAX)。在桶排序时，创建容量为MAX的桶数组r，并将桶数组元素都初始化为0；将容量为MAX的桶数组中的每一个单元都看作一个"桶"。
在排序时，逐个遍历数组a，将数组a的值，作为"桶数组r"的下标。当a中数据被读取时，就将桶的值加1。例如，读取到数组a[3]=5，则将r[5]的值+1。

桶排序图文说明

桶排序代码

/*
 * 桶排序
 *
 * 参数说明：
 *     a -- 待排序数组
 *     n -- 数组a的长度
 *     max -- 数组a中最大值的范围
 */
void bucketSort(int a[], int n, int max)
{
    int i,j;
    int buckets[max];

    // 将buckets中的所有数据都初始化为0。
    memset(buckets, 0, max*sizeof(int));

    // 1. 计数
    for(i = 0; i < n; i++) 
        buckets[a[i]]++; 

    // 2. 排序
    for (i = 0, j = 0; i < max; i++) 
    {
        while( (buckets[i]--) >0 )
            a[j++] = i;
    }
}

bucketSort(a, n, max)是作用是对数组a进行桶排序，n是数组a的长度，max是数组中最大元素所属的范围[0,max)。

假设a={8,2,3,4,3,6,6,3,9}, max=10。此时，将数组a的所有数据都放到需要为0-9的桶中。如下图：

在将数据放到桶中之后，再通过一定的算法，将桶中的数据提出出来并转换成有序数组。就得到我们想要的结果了。

桶排序实现

桶排序C实现
实现代码(bucket_sort.c)

/**
 * 桶排序：C 语言
 *
 * @author skywang
 * @date 2014/03/13
 */

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

// 数组长度
#define LENGTH(array) ( (sizeof(array)) / (sizeof(array[0])) )

/*
 * 桶排序
 *
 * 参数说明：
 *     a -- 待排序数组
 *     n -- 数组a的长度
 *     max -- 数组a中最大值的范围
 */
void bucket_sort(int a[], int n, int max)
{
    int i, j;
    int *buckets;

    if (a==NULL || n<1 || max<1)
        return ;

    // 创建一个容量为max的数组buckets，并且将buckets中的所有数据都初始化为0。
    if ((buckets=(int *)malloc(max*sizeof(int)))==NULL)
        return ;
    memset(buckets, 0, max*sizeof(int));

    // 1. 计数
    for(i = 0; i < n; i++)
        buckets[a[i]]++;

    // 2. 排序
    for (i = 0, j = 0; i < max; i++)
        while( (buckets[i]--) >0 )
            a[j++] = i;

    free(buckets);
}

void main()
{
    int i;
    int a[] = {8,2,3,4,3,6,6,3,9};
    int ilen = LENGTH(a);

    printf("before sort:");
    for (i=0; i<ilen; i++)
        printf("%d ", a[i]);
    printf("\n");

    bucket_sort(a, ilen, 10); // 桶排序

    printf("after  sort:");
    for (i=0; i<ilen; i++)
        printf("%d ", a[i]);
    printf("\n");
}

桶排序C++实现
实现代码(BucketSort.cpp)

/**
 * 桶排序：C++
 *
 * @author skywang
 * @date 2014/03/13
 */

#include <iostream>
#include <cstring>
using namespace std;

/*
 * 桶排序
 *
 * 参数说明：
 *     a -- 待排序数组
 *     n -- 数组a的长度
 *     max -- 数组a中最大值的范围
 */
void bucketSort(int* a, int n, int max)
{
    int i, j;
    int *buckets;

    if (a==NULL || n<1 || max<1)
        return ;

    // 创建一个容量为max的数组buckets，并且将buckets中的所有数据都初始化为0。
    if ((buckets = new int[max])==NULL)
        return ;
    memset(buckets, 0, max*sizeof(int));

    // 1. 计数
    for(i = 0; i < n; i++)
        buckets[a[i]]++;

    // 2. 排序
    for (i = 0, j = 0; i < max; i++)
        while( (buckets[i]--) >0 )
            a[j++] = i;

    delete[] buckets;
}


int main()
{
    int i;
    int a[] = {8,2,3,4,3,6,6,3,9};
    int ilen = (sizeof(a)) / (sizeof(a[0]));

    cout << "before sort:";
    for (i=0; i<ilen; i++)
        cout << a[i] << " ";
    cout << endl;

    bucketSort(a, ilen, 10); // 桶排序

    cout << "after  sort:";
    for (i=0; i<ilen; i++)
        cout << a[i] << " ";
    cout << endl;

    return 0;
}

桶排序Java实现
实现代码(BucketSort.java)

/**
 * 桶排序：Java
 *
 * @author skywang
 * @date 2014/03/13
 */

public class BucketSort {

    /*
     * 桶排序
     *
     * 参数说明：
     *     a -- 待排序数组
     *     max -- 数组a中最大值的范围
     */
    public static void bucketSort(int[] a, int max) {
        int[] buckets;

        if (a==null || max<1)
            return ;

        // 创建一个容量为max的数组buckets，并且将buckets中的所有数据都初始化为0。
        buckets = new int[max];

        // 1. 计数
        for(int i = 0; i < a.length; i++)
            buckets[a[i]]++;

        // 2. 排序
        for (int i = 0, j = 0; i < max; i++) {
            while( (buckets[i]--) >0 ) {
                a[j++] = i;
            }
        }

        buckets = null;
    }

    public static void main(String[] args) {
        int i;
        int a[] = {8,2,3,4,3,6,6,3,9};

        System.out.printf("before sort:");
        for (i=0; i<a.length; i++)
            System.out.printf("%d ", a[i]);
        System.out.printf("\n");

        bucketSort(a, 10); // 桶排序

        System.out.printf("after  sort:");
        for (i=0; i<a.length; i++)
            System.out.printf("%d ", a[i]);
        System.out.printf("\n");
    }
}

上面3种实现的原理和输出结果都是一样的。下面是它们的输出结果：

before sort:8 2 3 4 3 6 6 3 9 
after  sort:2 3 3 3 4 6 6 8 9