数据结构:非比较排序:计数排序

前面我们介绍的冒泡、选择、插入、归并、快排等排序算法,本质上都属于比较排序 ------它们通过元素之间的两两比较来决定先后顺序。本篇我将带大家认识一种另辟蹊径的非比较排序算法------计数排序(Counting Sort),它不靠比较,而是借助数组下标直接定位元素位置,在特定场景下能达到线性时间复杂度。

计数排序

计数原理又称为鸽巢原理, 是对哈希直接定址法的变形应用. 操作步骤如下:

  1. 统计相同元素出现次数
  2. 根据统计的结果将序列回收到原来的序列中

思路

比如说有以下数组:

我们统计每个元素出现的次数, 并将出现次数作为数据放到相应下标中.

我们可以看到, 2出现了两次, 所以把2放在下标为2的地方, 3出现了两次, 把3放到下标为3的位置, 4出现了一次, 把1放到下标为4的位置, 6出现了三次, 把3放到下标6的位置, 而其他数字出现次数为0, 所以都放0.

也就是说, 我们的数据变成了数组下标, 而相同数据出现次数变成了数据.

我们再遍历新数组, 将它还原成一个有序数组.

数据为0则往下遍历,到下标为2的地方,数据不为0,则把下标还原为数据放回原数组中,数据自减,直到为0,再去遍历下一个数据并把下标还原回来。

思路很简单,也可以说是间接利用了数组下标本来就是有序的这一特性,很轻松地就把数组排序好了。但是存在一些场景问题。

比如说我的数据是{102,103,101,102,103}。数据都比较大且分布集中,开辟104个整型空间显然不合理,其中101个空间数据都为0,白白浪费掉了。

我们可以先遍历一遍原数组,找到最小值min和最大值max。

我们实际存放数据的数组下标就是min到max范围之间,我们只需要开辟max-min+1个空间就好了,将这块空间命名为count。

我们如何放呢?遍历一遍原数组,用数据减去min得到下标,让count数组中相应下标中的数据++,也就是统计原数据出现次数。

统计完成后,我们再还原回数组就好了。

因为我们的下标是原数据减min得到的,所以我们还原回去要把min加上。

这样就排序好了。

代码实现

思路很简单,我们来实现一下代码,先遍历一遍原数组得到最大值和最小值。

然后开辟大小为 max - min + 1 的空间.

这里不用 calloc 函数, 先用 malloc 函数然后用 memset 函数将 count 数组中的数据全设置为 0 也是可以的.

然后我们遍历一遍数组, 数据减 min 等于 count 数组中哪个下标, 哪个下标数据就++, 也就是 countarr\[i - min]++

统计完之后我们把数据还原回数组. 需要遍历一遍 count 数组.

代码就完成了.

我们简单测试一下:

结果符合预期,代码没什么问题。

时间复杂度

可以发现计数排序时间效率很高,虽然有嵌套循环,但实际上时间复杂度为O(n)。但对于最大值和最小值相差很大的情况,无可避免地会浪费掉大量空间,所以该排序的适用场景也很有限。

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