用C++编写桶排序

Question

我手头的一本书上说：

a) 将一维数组中的每个值根据它们的个位数值放入桶数组的一行中。例如，97被放在第7行，3被放在第3行，100被放在第0行。这被称为“分配遍历”。

b) 逐行遍历桶数组，并将值复制回原始数组。这被称为“收集遍历”。一维数组中先前的值的新顺序是100、3和97。

c) 对于每个后续数字位置，重复此过程。

我在尝试理解和实现这个过程时遇到了很多困难。到目前为止，我已经：

void b_sort(int sarray[], int array_size) {
    const int max = array_size;
    for(int i = 0; i < max; ++i)
        int array[i] = sarray[i];

    int bucket[10][max - 1];
}

我想要按照个位、十位、百位等方式对它们进行排序，可以使用以下方法：

for(int i = 0; i < max; ++i)
    insert = (array[i] / x) % 10;
    bucket[insert];

其中x可以等于1、10、100、1000等。我现在完全不知道该如何编写它。

- Jonathan Dewein

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int get_digit(int number, int digit) { return number/int((std::pow(10.0,digit))%10;} - Mooing Duck

假设x等于1、10、100……，那应该可以正常工作。 - 500 - Internal Server Error

你可能想使用十六进制数字，而不是十进制数字：将其向左移动4*n位并与0xf进行按位与运算似乎比使用模运算更自然。 - Eugen Rieck

@Eugen Rieck和pow函数的调用... - crush

Answer 1

这是一个基于OP问题信息的桶排序算法。

void b_sort(int sarray[], int array_size) {
    const int max = array_size;
    // use bucket[x][max] to hold the current count
    int bucket[10][max+1];
    // init bucket counters
    for(var x=0;x<10;x++) bucket[x][max] = 0;
    // main loop for each digit position
    for(int digit = 1; digit <= 1000000000; digit *= 10) {
        // array to bucket
        for(int i = 0; i < max; i++) {
            // get the digit 0-9
            int dig = (sarray[i] / digit) % 10;
            // add to bucket and increment count
            bucket[dig][bucket[dig][max]++] = sarray[i];
        }
        // bucket to array
        int idx = 0;
        for(var x = 0; x < 10; x++) {
            for(var y = 0; y < bucket[x][max]; y++) {
                sarray[idx++] = bucket[x][y];
            }
            // reset the internal bucket counters
            bucket[x][max] = 0;
        }
    }
}

注意事项：使用二维数组作为桶会浪费很多空间...通常使用队列/列表的数组更加合理。

我通常不用C++编程，上述代码是在Web浏览器中编写的，因此可能存在语法错误。

- Louis Ricci

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我猜你不能做int bucket[10][max+1];的原因是栈上的数组大小必须在编译时确定。 - user1234567

Answer 2

以下代码使用十六进制数字进行桶排序（对于）。当然，这只是说明性的，不是生产性的。

#include <assert.h>
#include <stdio.h>

#define TEST_COUNT 100
#define BITS_PER_BUCKET 4
#define BUCKET_COUNT (1 << BITS_PER_BUCKET)
#define BUCKET_MASK (BUCKET_COUNT-1)
#define PASS_COUNT (8*sizeof(int)/BITS_PER_BUCKET)

int main(int argc, char** argv) {

  printf("Starting up ...");
  assert((PASS_COUNT*BITS_PER_BUCKET) == (8*sizeof(int)));
  printf("... OK\n");

  printf("Creating repeatable very-pseudo random test data ...");
  int data[TEST_COUNT];
  int x=13;
  int i;
  for (i=0;i<TEST_COUNT;i++) {
    x=(x*x+i*i) % (2*x+i);
    data[i]=x;
  }
  printf("... OK\nData is ");
  for (i=0;i<TEST_COUNT;i++) printf("%02x, ",data[i]);
  printf("\n");

  printf("Creating bucket arrays ...");
  int buckets[BUCKET_COUNT][TEST_COUNT];
  int bucketlevel[BUCKET_COUNT];
  for (i=0;i<BUCKET_COUNT;i++) bucketlevel[i]=0;
  printf("... OK\n");

  for (i=0;i<PASS_COUNT;i++) {

    int j,k,l;

    printf("Running distribution pass #%d/%d ...",i,PASS_COUNT);
    l=0;
    for (j=0;j<TEST_COUNT;j++) {
      k=(data[j]>>(BITS_PER_BUCKET*i)) & BUCKET_MASK;
      buckets[k][bucketlevel[k]++]=data[j];
      l|=k;
    }
    printf("... OK\n");

    if (!l) {
      printf("Only zero digits found, sort completed early\n");
      break;
    }

    printf("Running gathering pass #%d/%d ...",i,PASS_COUNT);
    l=0;
    for (j=0;j<BUCKET_COUNT;j++) {
      for (k=0;k<bucketlevel[j];k++) {
        data[l++]=buckets[j][k];
      }
      bucketlevel[j]=0;
    }
    printf("... OK\nData is ");
    for (l=0;l<TEST_COUNT;l++) printf("%02x, ",data[l]);
    printf("\n");

  }
}

- Eugen Rieck

Answer 3

用STL队列在C++11中对Louis的代码进行了重写。

void bucket_sort(vector<int>& arr){
    queue<int> buckets[10];
    for(int digit = 1; digit <= 1e9; digit *= 10){
        for(int elem : arr){
            buckets[(elem/digit)%10].push(elem);
        }
        int idx = 0;
        for(queue<int>& bucket : buckets){
            while(!bucket.empty()){
                arr[idx++] = bucket.front();
                bucket.pop();
            }
        }
    } 
}

- hesham safi