基数排序
· 2010-03-12 12:24 · 30550 次点击
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概述
算法分析
参考文献
概述
基数排序(radixsort)是一种用在老式穿卡机上的算法。一张卡片有80列,每列可在12个位置中的任一处穿孔。排序器可被机械地"程序化"以检查每一迭卡片中的某一列,再根据穿孔的位置将它们分放12个盒子里。这样,操作员就可逐个地把它们收集起来。其中第一个位置穿孔的放在最上面,第二个位置穿孔的其次,等等。对十进制数字来说,每列中只用到10个位置(另两个位置用于编码非数值字符)。一个d位数占用d个列。因为卡片排序器一次只能查看一个列,要对n张片上的d位数进行排序就要有个排序算法。
直觉上,大家可能觉得应该按最重要的一位排序,然后对每个盒子中的数递归地排序,最后把结果合并起来。不幸的是,为排序每一个盒子中的数,10个盒子中的9个必须先放在一边,这个过程产生了许多要加以记录的中间卡片堆。
与人们的直觉相反,基数排序是首先按最低有效位数字进行排序,以解决卡片排序问题。同样,把各堆卡片收集成一迭,其中0号盒子中的在1号盒子中的前面,后者又在2号盒子中的前面,等等。然后对整个一迭卡片按次重要位排序,并把结果同样地合并起来。重复这个过程,直到对所有的d位数字都进行了排序。所以,仅需要n遍就可将一迭卡片排好序。图1说明了基数排序作“一迭”7个三位数的过程。第一列为输入,其余各列示出了对各个数位进行逐次排序后表的情形。垂直向上的箭头指示了当前要被加以排序的数位。
data/attachment/portal/201111/06/143034vha4rzklhvk9c7hk.gif基数排序作用于一个由7个3位数
关于这个算法很重要的一点就是按位排序要稳定。由卡片排序器所故的排序是稳定的,但操作员在把卡片从盒子里拿出来时不能改变他们的次序,即使某一盒子中所有卡片在给定列上的穿孔位置都相同。
在一台典型的顺序随机存取计算机上,有时采用基数排序来对有多重域关键字的记录进行排序。例如,假设我们想根据三个关键字处、月和日来对日期排序。对这个问题,可以用带有比较函数的排序算法来做。给定两个日期,先比较年份,如果相同,再比较月份,如果再相同,再比较日。这儿我们可以采用另一个方法,即用一种稳定的排序方法对所给信息进行三次排序:先对日,其次对月,再对年。
基数排序的代码是很简单的、下面的过程假设长度为n的数组A中的每个元素都有d位数字,其中第1位是最低的,第d位是最高位。
RADIX-SORT(A,d)
1fori=1tod
2使用一种稳定排序算法对A中元素的第i位进行排序
算法分析
基数排序是否要比基于比较的排序算法(比如快速排序)更好呢?如果根据常见的情况有b=O(lgn),并选择r≈lgn,则基数排序的运行时间为O(n),这看上去要比快速排序的平均情况时间O(nlgn)更好些。然而,在这两个时间中隐含在O记号中的常数因子是不同的。对于要处理的n个关键字,尽管基数排序执行的遍数可能要比快速排序要少,但每一遍所需的时间都要长得多。哪一个排序算法更好取决于底层机器的实现特性(例如,快速排序通常可以比基数排序更为有效的利用硬件缓存),同时还取决于输入的数据。此外,利用计数排序作为中间稳定排序的基数排序不是原地排序,而很多O(nlgn)时间的比较排序算法则可以做到原地排序。因此当内存容量比较宝贵时,像快速排序这样的原地排序算法可能是更为可取的。
参考文献
【1】《算法导论》第二版作者ThomasH.Cormen,CharlesE.Leiserson,RonaldL.Rivest,CliffordStein译者潘金贵李成法等机械工业出版社