[Swift]八大排序算法（八）：基数排序

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排序分为内部排序和外部排序。

内部排序：是指待排序列完全存放在内存中所进行的排序过程，适合不太大的元素序列。

外部排序：指的是大文件的排序，即待排序的记录存储在外存储器上，待排序的文件无法一次装入内存，需要在内存和外部存储器之间进行多次数据交换，以达到排序整个文件的目的。

当N小于20的时候，插入排序具有最好的性能。

当N大于20时，快速排序具有最好的性能，尽管归并排序(merge sort)和堆排序(heap sort)复杂度都为nlog2(n)。

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基数排序

基数排序(Radix Sort)属于“分配式排序”（distribution sort），又称“桶子法”（bucket sort）或bin sort，顾名思义，它是透过键值的部份信息，将要排序的元素分配至某些“桶”中，藉以达到排序的作用。

基数排序法是属于稳定性的排序，其时间复杂度为O(nlog(r)m)，其中r为所采取的基数，而m为堆数，在某些时候，基数排序法的效率高于其它的稳定性排序法。

基本思想：

将整数按位数切割成不同的数字，然后按每个位数分别比较。

具体做法：

将所有待比较数值统一为同样的数位长度，数位较短的数前面补零。

然后，从最低位开始，依次进行一次排序。这样从最低位排序一直到最高位排序完成以后, 数列就变成一个有序序列。

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 ViewController.swift文件：运行时间（3.3862s）

import UIKit

class ViewController: UIViewController {
    //属性1:用来存储需要排序的数组
    var result : Array<Int> = Array<Int>()
    //属性2:统计排序花费的时间
    var date : Date!
    
    override func viewDidLoad() {
        super.viewDidLoad()
        // Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.
        //初始化一个整形数组
        var array : Array<Int> = Array<Int>()
        //将1至100的100个整数，存入到该数组中
        for i in 1...100
        {
            array.append(i)
        }
        //添加一个循环语句，
        //用来生成一个由100个随机整数组成的数组
        for _ in 1...100
        {
            //首先根据数组的长度，
            //获得一个1至100的随机整数
            let temp = Int(arc4random() % UInt32(array.count))+1
            //根据随机值从数组中获得指定位置的整数，
            //并存储在用来排序的数组中
            let num = array[temp-1]
            result.append(num)
            //从原数组中移该随机数，以避免获得重复的数字
            array.remove(at: temp-1)
        }
        //添加一个循环语句，
        //用来生成100个自定义视图对象
        for i in 1...100
        {
            //初始化自定义视图对象
            let num = result[i-1]
            //并设置它的显示区域。
            //其中视图的高度，是当前数组中的数字的两倍大小
            let view = SortView(frame: CGRect(x: 10+i*3, y: 200, width: 2, height: num * 2))
            view.backgroundColor = .black
            //设置视图的标识值
            view.tag = i
            //并将视图添加到当前视图控制器的根视图
            self.view.addSubview(view)
        }
        //然后添加一个按钮
        //当用户点击该按钮时对数组进行排序
        let bt = UIButton(frame: CGRect(x: 10, y: 340, width: 300, height: 40))
        //设置背景按钮的背景颜色为橙色
        bt.backgroundColor = .orange
        //设置按钮在正常状态下的标题文字
        bt.setTitle("Sort", for: .normal)
        //给按钮对象绑定点击事件，
        bt.addTarget(self, action: #selector(reOrderView), for: .touchUpInside)
        //将按钮添加到当前视图控制器的根视图
        self.view.addSubview(bt)
    }

     //添加一个方法，用来响应按钮的点击事件
    @objc func reOrderView()
    {
        //获得当前的日期和时间
        date = Date()
        //在一个全局队列中，以异步的方式对数组进行排序
        //并实时调整和数组中的数值相对应的视图的位置
        DispatchQueue.global().async
        {
            //调用实例方法，用来实现可视化的基数排序，
            //该方法在下方的代码中实现
            self.radixSort(list: &self.result)
            //获得排序后的系统时间，
            //并在控制台输出两个时间的差值，
            //从而获得排序所花费的大致时间。
            //考虑线程休眠的影响，此数据仅做参考
            let endDate = Date()
            print(endDate.timeIntervalSince(self.date))
        }
    }

     //添加一个方法，用来实现具体的可视化的基数排序的功能
    private func radixSort(list: inout Array<Int>)
    {
        //首先初始化一个二维数组，作为10个空桶
        //每个空桶作为子数组，
        //分别存储位数为0至9的所有元素
        var bucket: Array<Array<Int>> = []
        //通过一循环语句，
        //往二维数组中添加10个空数组
        for _ in 0..<10
        {
            bucket.append([])
        }
        //接着来获得数组中的所有元素的最大值，
        //从而获得位数最多的元素。
        //例如数组中的最大值为1234
        //那么它的位数为4，并且也是数组中所有元素最大的位数。
        var maxNumber = list[0]
        //通过循环语句，获得数组中元素的最大值
        for item in list
        {
            if maxNumber < item
            {
                maxNumber = item
            }
        }
        //将该元素转换为字符串，
        //从而通过字符串的长度，
        //获得该元素的位数。
        let maxLength = "\(maxNumber)".count
        //添加一个循环语句，循环区间为1到最大位数。
        //该循环语句用来进行基数排序
        for digit in 1...maxLength
        {
            //通过一个实例方法，获得指定位数的值，并添加到对应的桶数组中。
            //例如当digit的值为1时，表示获得个位数的值，
            //并存储在对应的桶(子数组)中
            for item in list
            {
                let baseNumber = fetchBaseNumber(number: item, digit: digit)
                bucket[baseNumber].append(item)
            }
            //到此完成了入桶操作，接着进行出桶操作。
            //即将所有桶中的数据全部取出，并依次放在数组中。
            //首先初始化一个整形变量，作为索引值。
            var index = 0
            //添加一个循环语句，对十个桶进行遍历
            for i in 0..<bucket.count
            {
                //添加另一个循环语句，进行出桶的操作，
                //直到桶的数据为空。
                while !bucket[i].isEmpty
                {
                    //将桶中的第一个元素删除
                    //并将返回的被删除的元素，
                    //存入数组中指定的索引位置。
                    list[index] = bucket[i].remove(at: 0)
                    //接着同步更新界面中对应的视图对象的高度
                    self.udpateView(j: index, height: list[index])
                    index += 1
                }
            }
        }
    }

    //添加一个方法，用来获得指定位数的值，
    //例如获取某个数字的个位、十位、千位等的值
    func fetchBaseNumber(number: Int, digit: Int) -> Int
    {
        //在此将数字转换为字符串的方式
        //来获得指定位数的值
        if digit > 0 && digit <= "\(number)".count
        {
            //初始化一个整形数组，用来存储数字的每个位数的值
            var numbersArray: Array<Int> = []
            //通过一个循环语句，将数字的每个位数，
            //添加到整形数组中
            for char in "\(number)".characters
            {
                numbersArray.append(Int("\(char)")!)
            }
            //最后根据位数，获取并返回数组中的值
            return numbersArray[numbersArray.count - digit]
        }
        //采用0作为默认值
        return 0
    }

    //添加一个方法，用来更新视图的高度
    func udpateView(j: Int, height: Int)
    {
        //由于需要对界面元素进行调整，
        //所以需要切换至主线程
        weak var weak_self = self
        DispatchQueue.main.async
        {
            //根据标识值，
            //获得和需要交换顺序的数组元素相对应的视图对象
            //并设置它的新的高度
            let view = weak_self?.view.viewWithTag(j+1)
            view?.frame.size.height = CGFloat(height*2)
        }
        //使线程休眠0.01秒，
        //以方便观察排序的视觉效果
        Thread.sleep(forTimeInterval: 0.01)
    }

    override func didReceiveMemoryWarning() {
        super.didReceiveMemoryWarning()
        // Dispose of any resources that can be recreated.
    }
}

SortView.swift文件

import UIKit

class SortView: UIView {
    //首先重写父类的初始化方法
    override init(frame: CGRect)
    {
        //设置自定义视图对象的显示区域
        super.init(frame: frame)
        self.frame = frame
    }

    //添加一个必须实现的初始化方法
    required init?(coder aDecoder: NSCoder) {
        fatalError("init(coder:) has not been implemented")
    }
    
    //重写父类的重新布局子视图方法
    //将在此视图中对视图进行外观设置
    override func layoutSubviews()
    {
        //首先获得自定义视图在界面中对Y轴坐标
        let y: CGFloat = 300 - frame.height
        //然后重新设置自定义视图的位置
        self.frame = frame
        self.frame.origin.y = y
        //根据自定义视图的高度，计算一个权重数值
        //用于生成不同的背景颜色
        let weight = frame.height / 200
        //生成不同y色相的颜色对象，从而给自定义视图设置不同的背景颜色
        //然后打开ViewController.swift文件
        let color = UIColor(hue: weight, saturation: 1, brightness: 1, alpha: 1)
        self.backgroundColor = color
    }
    /*
    // Only override draw() if you perform custom drawing.
    // An empty implementation adversely affects performance during animation.
    override func draw(_ rect: CGRect) {
        // Drawing code
    }
    */
}