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计数排序的原理



        计数排序是一种非比较排序,其核心是将序列中的元素作为键存储在额外的数组空间中,而该元素的个数作为值存储在数组空间中,通过遍历该数组排序。

计数排序适用于:

        1、序列中最大值和最小值之间的差值不能过大,这主要是防止建立数组时造成内存的浪费。

        2、序列中存在的元素是整数,因为我们使用的是该元素作为键存储在额外的数组空间中,如果不是整数,不能作为键。

        计数排序的核心是:利用数组的索引是有序的,通过将序列中的元素作为索引,其个数作为值放入数组,遍历数组来排序。

计数排序的朴素方法步骤:

        1、从无序数组中取出最大值max,新建一个长度为max+1的数组。

        2、遍历无序数组,取其中元素作为新建数组的索引,存在一个则新数组该索引所在的值自增。

        3、遍历新数组,当存在不为0的元素,取该元素的索引放入最终数组,并且该元素自减,直到为0,返回最终数组。

该方法存在的问题:

        1、新建一个长度为max+1的数组会造成内存的浪费,比如元素为{400,405,410}则新建数组的长度为411,这会使前面的0 ~ 400索引没用,造成内存浪费。

        2、其将元素作为键,将个数作为值放入新的数组中,但是如果存在相同的元素,我们只统计其个数,其顺序无法确定,是不稳定的。

解决方法:

        1、问题1的解决方法是:取数组中的最大值max和最小值min,新建(max-min +1)长度的数组,数组的元素存放在新数组中的(arr[i]-min)索引处。

        2、问题2的解决方法是:新建一个统计数组,其长度为(max-min +1),其索引存放的是新数组该索引之前元素的和,这个和表示的是该索引(该元素)在原数组中的排序顺序,就是排第几。

计数排序的最终步骤:

        1、取无序数组arr中的最大值max和最小值min,新建(max-min +1)长度的数组newArr和长度为(max-min +1)的统计数组countArr。

        2、遍历原数组arr,将其值作为newArr的键,元素的个数作为值存放在该键处。

        3、遍历newArr,使统计数组countArr和newArr相同索引处存放的是newArr该索引之前元素的和。

        4、新建一个最终数组result,反向遍历原数组,取原数组的值arr[i]-min作为索引,从统计数组countArr取出该索引的值减1,作为最终数组result的索引,值为原数组的arr[i],同时统计数组该索引处值减1,遍历结束后,最终数组result为排序后的数组。

        朴素的计数排序Java代码:

 

        最终的计数排序Java代码:

 

        计数排序是非比较排序,时间复杂度是O(n+k),空间复杂度是O(k),是稳定算法。(n表示的是数组的个数,k表示的max-min+1的大小)

时间复杂度是O(n+k):通过上面的代码可知最终的计数算法花费的时间是3n+k,则时间复杂度是O(n+k)。

空间复杂度是O(k):如果出去最后的返回数组,则空间复杂度是2k,则空间复杂度是O(k)

稳定算法:由于统计数组可以知道该索引在原数组中排第几位,相同的元素其在原数组中排列在后面,其从原数组的后面遍历,其在最终数组中的索引也在后面,所以相同的元素其相对位置不会改变。

        计数排序的重点是将序列中的元素作为键存储在额外的数组空间中,通过遍历来排序。类似于:我要给一系类弹珠从小到大排列,我可以拿一个模具,模具上有从小到大的孔洞,我把弹珠放进孔洞中,最后只要从模具中从小到大的孔洞中倒出弹珠即可。

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