java之基数排序及速度

排序算法之基数排序

基数排序基本思想：

1）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。
2）基数排序的排序次数取决于排序数据中，最大的那个数的位数，如最大的那个数是1234，是四位数，就需要排序四次，第一次按照个位排，第二次按照十位排。。。。所以一共需要10个桶，用于装每一个位数的0~9这10种可能
3）图解

排十位数

排百位数

所以呢，基数排序其实也是桶排序的一种扩展

代码：

package cn.ycl.dataStructures.sort;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Arrays;
import java.util.Date;
public class RadixSort {
public static void main(String[] args) {
//int arr[] = { 53, 3, 542, 748, 14, 214};尚硅谷 Java 数据结构和算法
// 80000000 * 11 * 4 / 1024 / 1024 / 1024 =3.3G
int[] arr = new int[8000000];
for (int i = 0; i < 8000000; i++) {
arr[i] = (int) (Math.random() * 8000000); // 生成一个[0, 8000000) 数
}
System.out.println("排序前");
Date data1 = new Date();
SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
String date1Str = simpleDateFormat.format(data1);
System.out.println("排序前的时间是=" + date1Str);
radixSort(arr);
Date data2 = new Date();
String date2Str = simpleDateFormat.format(data2);
System.out.println("排序前的时间是=" + date2Str);
//System.out.println("基数排序后 " + Arrays.toString(arr));
}
//基数排序方法
public static void radixSort(int[] arr) {
//根据前面的推导过程，我们可以得到最终的基数排序代码尚硅谷 Java 数据结构和算法
//1. 得到数组中最大的数的位数
int max = arr[0]; //假设第一数就是最大数
for(int i = 1; i < arr.length; i++) {
if (arr[i] > max) {
max = arr[i];
}
}
//得到最大数是几位数
int maxLength = (max + "").length();
//定义一个二维数组，表示 10 个桶, 每个桶就是一个一维数组
//说明
//1. 二维数组包含 10 个一维数组
//2. 为了防止在放入数的时候，数据溢出，则每个一维数组(桶)，大小定为 arr.length
//3. 名明确，基数排序是使用空间换时间的经典算法
int[][] bucket = new int[10][arr.length];
//为了记录每个桶中，实际存放了多少个数据,我们定义一个一维数组来记录各个桶的每次放入的数据个数
//可以这里理解
//比如：bucketElementCounts[0] , 记录的就是 bucket[0] 桶的放入数据个数
int[] bucketElementCounts = new int[10];
//这里我们使用循环将代码处理尚硅谷 Java 数据结构和算法
for(int i = 0 , n = 1; i < maxLength; i++, n *= 10) {
//(针对每个元素的对应位进行排序处理)， 第一次是个位，第二次是十位，第三次是百位..
for(int j = 0; j < arr.length; j++) {
//取出每个元素的对应位的值
int digitOfElement = arr[j] / n % 10;
//放入到对应的桶中
bucket[digitOfElement][bucketElementCounts[digitOfElement]] = arr[j];
bucketElementCounts[digitOfElement]++;
}
//按照这个桶的顺序(一维数组的下标依次取出数据，放入原来数组)
int index = 0;
//遍历每一桶，并将桶中是数据，放入到原数组
for(int k = 0; k < bucketElementCounts.length; k++) {
//如果桶中，有数据，我们才放入到原数组
if(bucketElementCounts[k] != 0) {
//循环该桶即第 k 个桶(即第 k 个一维数组), 放入
for(int l = 0; l < bucketElementCounts[k]; l++) {
//取出元素放入到 arr
arr[index++] = bucket[k][l];
}
}
//第 i+1 轮处理后，需要将每个 bucketElementCounts[k] = 0 ！！！！
bucketElementCounts[k] = 0;
}
//System.out.println("第"+(i+1)+"轮，对个位的排序处理 arr =" + Arrays.toString(arr));尚硅谷 Java 数据结构和算法
}
}
}

可以看到，8百万测试数据只需要1秒

缺点：但是呢，基数排序有一个无法忽视的缺陷，那就是，此算法需要特别多的额外空间，用于存储数据和运算，它算8百万数据只要1秒，但是它算8千万就无法运算，因为需要的内存太多了，会报如下错误：