`

排序算法复习(Java实现)(二): 归并排序,堆排序,桶式排序,基数排序

    博客分类:
  • J2SE
阅读更多

转自:http://www.blogjava.net/javacap/archive/2007/12/14/167618.html

 

六 归并排序
算法思想是每次把待排序列分成两部分,分别对这两部分递归地用归并排序,完成后把这两个子部分合并成一个
序列。
归并排序借助一个全局性临时数组来方便对子序列的归并,该算法核心在于归并。

<!---->package  algorithms;

import  java.lang.reflect.Array;

/**
 * 
@author  yovn
 *
 
*/
public   class  MergeSorter < extends  Comparable < E >>   extends  Sorter < E >   {

    
/*  (non-Javadoc)
     * @see algorithms.Sorter#sort(E[], int, int)
     
*/
    @SuppressWarnings(
" unchecked " )
    @Override
    
public   void  sort(E[] array,  int  from,  int  len) {
        
if (len <= 1 ) return ;
        E[] temporary
= (E[])Array.newInstance(array[ 0 ].getClass(),len);
        merge_sort(array,from,from
+ len - 1 ,temporary);

    }

    
private   final   void  merge_sort(E[] array,  int  from,  int  to, E[] temporary) {
        
if (to <= from)
        {
            
return ;
        }
        
int  middle = (from + to) / 2 ;
        merge_sort(array,from,middle,temporary);
        merge_sort(array,middle
+ 1 ,to,temporary);
        merge(array,from,to,middle,temporary);
    }

    
private   final   void  merge(E[] array,  int  from,  int  to,  int  middle, E[] temporary) {
        
int  k = 0 ,leftIndex = 0 ,rightIndex = to - from;
        System.arraycopy(array, from, temporary, 
0 , middle - from + 1 );
        
for ( int  i = 0 ;i < to - middle;i ++ )
        {
            temporary[to
- from - i] = array[middle + i + 1 ];
        }
        
while (k < to - from + 1 )
        {
            
if (temporary[leftIndex].compareTo(temporary[rightIndex]) < 0 )
            {
                array[k
+ from] = temporary[leftIndex ++ ];
                
            }
            
else
            {
                array[k
+ from] = temporary[rightIndex -- ];
            }
            k
++ ;
        }
        
    }

}

七 堆排序
堆是一种完全二叉树,一般使用数组来实现。
堆主要有两种核心操作,
1)从指定节点向上调整(shiftUp)
2)从指定节点向下调整(shiftDown)
建堆,以及删除堆定节点使用shiftDwon,而在插入节点时一般结合两种操作一起使用。
堆排序借助最大值堆来实现,第i次从堆顶移除最大值放到数组的倒数第i个位置,然后shiftDown到倒数第i+1个位置,一共执行N此调整,即完成排序。
显然,堆排序也是一种选择性的排序,每次选择第i大的元素。

<!---->package  algorithms;

/**
 * 
@author  yovn
 *
 
*/
public   class  HeapSorter < extends  Comparable < E >>   extends  Sorter < E >   {

    
/*  (non-Javadoc)
     * @see algorithms.Sorter#sort(E[], int, int)
     
*/
    @Override
    
public   void  sort(E[] array,  int  from,  int  len) {
        build_heap(array,from,len);

        
for ( int  i = 0 ;i < len;i ++ )
        {
            
// swap max value to the (len-i)-th position
            swap(array,from,from + len - 1 - i);
            shift_down(array,from,len
- 1 - i, 0 ); // always shiftDown from 0
        }
    }

    
private final void  build_heap(E[] array,  int  from,  int  len) {
        
int  pos = (len - 1 ) / 2 ; // we start from (len-1)/2, because branch's node +1=leaf's node, and all leaf node is already a heap
         for ( int  i = pos;i >= 0 ;i -- )
        {
            shift_down(array,from,len,i);
        }
        
    }
    
    
private   final   void  shift_down(E[] array, int  from,  int  len,  int  pos)
    {
        
        E tmp
= array[from + pos];
        
int  index = pos * 2 + 1 ; // use left child
         while (index < len) // until no child
        {
            
if (index + 1 < len && array[from + index].compareTo(array[from + index + 1 ]) < 0 ) // right child is bigger
            {
                index
+= 1 ; // switch to right child
            }
            
if (tmp.compareTo(array[from + index]) < 0 )
            {
                array[from
+ pos] = array[from + index];
                pos
= index;
                index
= pos * 2 + 1 ;
                
            }
            
else
            {
                
break ;
            }
            
        }
        array[from
+ pos] = tmp;
            
    }

    
}


八 桶式排序
桶式排序不再是基于比较的了,它和基数排序同属于分配类的排序,这类排序的特点是事先要知道待排序列的一些特征。
桶式排序事先要知道待排序列在一个范围内,而且这个范围应该不是很大的。
比如知道待排序列在[0,M)内,那么可以分配M个桶,第I个桶记录I的出现情况,最后根据每个桶收到的位置信息把数据输出成有序的形式。
这里我们用两个临时性数组,一个用于记录位置信息,一个用于方便输出数据成有序方式,另外我们假设数据落在0到MAX,如果所给数据不是从0开始,你可以把每个数减去最小的数。

<!---->package  algorithms;

/**
 * 
@author  yovn
 *
 
*/
public   class  BucketSorter {

    
    
    
public   void  sort( int [] keys, int  from, int  len, int  max)
    {
        
int [] temp = new   int [len];
        
int [] count = new   int [max];
        
        
        
for ( int  i = 0 ;i < len;i ++ )
        {
            count[keys[from
+ i]] ++ ;
        }
        
// calculate position info
         for ( int  i = 1 ;i < max;i ++ )
        {
            count[i]
= count[i] + count[i - 1 ]; // this means how many number which is less or equals than i,thus it is also position + 1 
        }
        
        System.arraycopy(keys, from, temp, 
0 , len);
        
for ( int  k = len - 1 ;k >= 0 ;k -- ) //from the ending to beginning can keep the stability
        {
            keys[
-- count[temp[k]]] = temp[k]; //  position +1 =count
        }
    }
    
/**
     * 
@param  args
     
*/
    
public   static   void  main(String[] args) {

        
int [] a = { 1 , 4 , 8 , 3 , 2 , 9 , 5 , 0 , 7 , 6 , 9 , 10 , 9 , 13 , 14 , 15 , 11 , 12 , 17 , 16 };
        BucketSorter sorter
= new  BucketSorter();
        sorter.sort(a,
0 ,a.length, 20 ); // actually is 18, but 20 will also work
        
        
        
for ( int  i = 0 ;i < a.length;i ++ )
        {
            System.out.print(a[i]
+ " , " );
        }

    }

}


九 基数排序
基数排序可以说是扩展了的桶式排序,比如当待排序列在一个很大的范围内,比如0到999999内,那么用桶式排序是很浪费空间的。而基数排序把每个排序码拆成由d个排序码,比如任何一个6位数(不满六位前面补0)拆成6个排序码,分别是个位的,十位的,百位的。。。。
排序时,分6次完成,每次按第i个排序码来排。
一般有两种方式:
1) 高位优先(MSD): 从高位到低位依次对序列排序
2)低位优先(LSD): 从低位到高位依次对序列排序
计算机一般采用低位优先法(人类一般使用高位优先),但是采用低位优先时要确保排序算法的稳定性。
基数排序借助桶式排序,每次按第N位排序时,采用桶式排序。对于如何安排每次落入同一个桶中的数据有两种安排方法:
1)顺序存储:每次使用桶式排序,放入r个桶中,,相同时增加计数。
2)链式存储:每个桶通过一个静态队列来跟踪。

<!---->package  algorithms;

import  java.util.Arrays;


/**
 * 
@author  yovn
 *
 
*/
public   class  RadixSorter {
    
    
public   static   boolean  USE_LINK = true ;
    
    
/**
     * 
     * 
@param  keys
     * 
@param  from
     * 
@param  len
     * 
@param  radix  key's radix
     * 
@param  d      how many sub keys should one key divide to
     
*/
    
public   void  sort( int [] keys, int  from , int  len, int  radix,  int  d)
    {
        
if (USE_LINK)
        {
            link_radix_sort(keys,from,len,radix,d);
        }
        
else
        {
            array_radix_sort(keys,from,len,radix,d);
        }
        
    }
    
    
    
private   final   void  array_radix_sort( int [] keys,  int  from,  int  len,  int  radix,
            
int  d) 
    {
        
int [] temporary = new   int [len];
        
int [] count = new   int [radix];
        
int  R = 1 ;
        
        
for ( int  i = 0 ;i < d;i ++ )
        {
            System.arraycopy(keys, from, temporary, 
0 , len);
            Arrays.fill(count, 
0 );
            
for ( int  k = 0 ;k < len;k ++ )
            {
                
int  subkey = (temporary[k] / R) % radix;
                count[subkey]
++ ;
            }
            
for ( int  j = 1 ;j < radix;j ++ )
            {
                count[j]
= count[j] + count[j - 1 ];
            }
            
for ( int  m = len - 1 ;m >= 0 ;m -- )
            {
                
int  subkey = (temporary[m] / R) % radix;
                
-- count[subkey];
                keys[from
+ count[subkey]] = temporary[m];
            }
            R
*= radix;
        }
           
    }


    
private   static   class  LinkQueue
    {
        
int  head =- 1 ;
        
int  tail =- 1 ;
    }
    
private   final   void  link_radix_sort( int [] keys,  int  from,  int  len,  int  radix,  int  d) {
        
        
int [] nexts = new   int [len];
        
        LinkQueue[] queues
= new  LinkQueue[radix];
        
for ( int  i = 0 ;i < radix;i ++ )
        {
            queues[i]
= new  LinkQueue();
        }
        
for ( int  i = 0 ;i < len - 1 ;i ++ )
        {
            nexts[i]
= i + 1 ;
        }
        nexts[len
- 1 ] =- 1 ;
        
        
int  first = 0 ;
        
for ( int  i = 0 ;i < d;i ++ )
        {
            link_radix_sort_distribute(keys,from,len,radix,i,nexts,queues,first);
            first
= link_radix_sort_collect(keys,from,len,radix,i,nexts,queues);
        }
        
int [] tmps = new   int [len];
        
int  k = 0 ;
        
while (first !=- 1 )
        {
        
            tmps[k
++ ] = keys[from + first];
            first
= nexts[first];
        }
        System.arraycopy(tmps, 
0 , keys, from, len);
        
        
    }
    
private   final   void  link_radix_sort_distribute( int [] keys,  int  from,  int  len,
            
int  radix,  int  d,  int [] nexts, LinkQueue[] queues, int  first) {
        
        
for ( int  i = 0 ;i < radix;i ++ )queues[i].head = queues[i].tail =- 1 ;
        
while (first !=- 1 )
        {
            
int  val = keys[from + first];
            
for ( int  j = 0 ;j < d;j ++ )val /= radix;
            val
= val % radix;
            
if (queues[val].head ==- 1 )
            {
                queues[val].head
= first;
            }
            
else  
            {
                nexts[queues[val].tail]
= first;
                
            }
            queues[val].tail
= first;
            first
= nexts[first];
        }
        
    }
    
private   int  link_radix_sort_collect( int [] keys,  int  from,  int  len,
            
int  radix,  int  d,  int [] nexts, LinkQueue[] queues) {
        
int  first = 0 ;
        
int  last = 0 ;
        
int  fromQueue = 0 ;
        
for (;(fromQueue < radix - 1 ) && (queues[fromQueue].head ==- 1 );fromQueue ++ );
        first
= queues[fromQueue].head;
        last
= queues[fromQueue].tail;
        
        
while (fromQueue < radix - 1 && queues[fromQueue].head !=- 1 )
        {
            fromQueue
+= 1 ;
            
for (;(fromQueue < radix - 1 ) && (queues[fromQueue].head ==- 1 );fromQueue ++ );
            
            nexts[last]
= queues[fromQueue].head;
            last
= queues[fromQueue].tail;
            
        }
        
if (last !=- 1 )nexts[last] =- 1 ;
        
return  first;
    }
    
    
/**
     * 
@param  args
     
*/
    
public   static   void  main(String[] args) {
        
int [] a = { 1 , 4 , 8 , 3 , 2 , 9 , 5 , 0 , 7 , 6 , 9 , 10 , 9 , 135 , 14 , 15 , 11 , 222222222 , 1111111111 , 12 , 17 , 45 , 16 };
        USE_LINK
= true ;
        RadixSorter sorter
= new  RadixSorter();
        sorter.sort(a,
0 ,a.length, 10 , 10 );
        
for ( int  i = 0 ;i < a.length;i ++ )
        {
            System.out.print(a[i]
+ " , " );
        }


    }

}
分享到:
评论

相关推荐

Global site tag (gtag.js) - Google Analytics