桶排序是計數排序的升級版。它利用了函數的映射關系,高效與否的關鍵就在于這個映射函數的確定。為了使桶排序更加高效,我們需要做到這兩點:

  1. 在額外空間充足的情況下,盡量增大桶的數量
  2. 使用的映射函數能夠將輸入的 N 個數據均勻的分配到 K 個桶中

同時,對于桶中元素的排序,選擇何種比較排序算法對于性能的影響至關重要。

1. 什么時候最快

當輸入的數據可以均勻的分配到每一個桶中。

2. 什么時候最慢

當輸入的數據被分配到了同一個桶中。

3. 示意圖

元素分布在桶中:

然后,元素在每個桶中排序:


代碼實現

JavaScript

實例

function bucketSort(arr, bucketSize) {
    if (arr.length === 0) {
      return arr;
    }

    var i;
    var minValue = arr[0];
    var maxValue = arr[0];
    for (i = 1; i < arr.length; i++) {
      if (arr[i] < minValue) {
          minValue = arr[i];                // 輸入數據的最小值
      } else if (arr[i] > maxValue) {
          maxValue = arr[i];                // 輸入數據的最大值
      }
    }

    //桶的初始化
    var DEFAULT_BUCKET_SIZE = 5;            // 設置桶的默認數量為5
    bucketSize = bucketSize || DEFAULT_BUCKET_SIZE;
    var bucketCount = Math.floor((maxValue - minValue) / bucketSize) + 1;  
    var buckets = new Array(bucketCount);
    for (i = 0; i < buckets.length; i++) {
        buckets[i] = [];
    }

    //利用映射函數將數據分配到各個桶中
    for (i = 0; i < arr.length; i++) {
        buckets[Math.floor((arr[i] - minValue) / bucketSize)].push(arr[i]);
    }

    arr.length = 0;
    for (i = 0; i < buckets.length; i++) {
        insertionSort(buckets[i]);                      // 對每個桶進行排序,這里使用了插入排序
        for (var j = 0; j < buckets[i].length; j++) {
            arr.push(buckets[i][j]);                      
        }
    }

    return arr;
}

Java

實例

public class BucketSort implements IArraySort {

    private static final InsertSort insertSort = new InsertSort();

    @Override
    public int[] sort(int[] sourceArray) throws Exception {
        // 對 arr 進行拷貝,不改變參數內容
        int[] arr = Arrays.copyOf(sourceArray, sourceArray.length);

        return bucketSort(arr, 5);
    }

    private int[] bucketSort(int[] arr, int bucketSize) throws Exception {
        if (arr.length == 0) {
            return arr;
        }

        int minValue = arr[0];
        int maxValue = arr[0];
        for (int value : arr) {
            if (value < minValue) {
                minValue = value;
            } else if (value > maxValue) {
                maxValue = value;
            }
        }

        int bucketCount = (int) Math.floor((maxValue - minValue) / bucketSize) + 1;
        int[][] buckets = new int[bucketCount][0];

        // 利用映射函數將數據分配到各個桶中
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            int index = (int) Math.floor((arr[i] - minValue) / bucketSize);
            buckets[index] = arrAppend(buckets[index], arr[i]);
        }

        int arrIndex = 0;
        for (int[] bucket : buckets) {
            if (bucket.length <= 0) {
                continue;
            }
            // 對每個桶進行排序,這里使用了插入排序
            bucket = insertSort.sort(bucket);
            for (int value : bucket) {
                arr[arrIndex++] = value;
            }
        }

        return arr;
    }

    /**
     * 自動擴容,并保存數據
     *
     * @param arr
     * @param value
     */

    private int[] arrAppend(int[] arr, int value) {
        arr = Arrays.copyOf(arr, arr.length + 1);
        arr[arr.length - 1] = value;
        return arr;
    }

}

PHP

實例

function bucketSort($arr, $bucketSize = 5)
{
    if (count($arr) === 0) {
      return $arr;
    }

    $minValue = $arr[0];
    $maxValue = $arr[0];
    for ($i = 1; $i < count($arr); $i++) {
      if ($arr[$i] < $minValue) {
          $minValue = $arr[$i];
      } else if ($arr[$i] > $maxValue) {
          $maxValue = $arr[$i];
      }
    }

    $bucketCount = floor(($maxValue - $minValue) / $bucketSize) + 1;
    $buckets = array();
    for ($i = 0; $i < count($buckets); $i++) {
        $buckets[$i] = [];
    }

    for ($i = 0; $i < count($arr); $i++) {
        $buckets[floor(($arr[$i] - $minValue) / $bucketSize)][] = $arr[$i];
    }

    $arr = array();
    for ($i = 0; $i < count($buckets); $i++) {
        $bucketTmp = $buckets[$i];
        sort($bucketTmp);
        for ($j = 0; $j < count($bucketTmp); $j++) {
            $arr[] = $bucketTmp[$j];
        }
    }

    return $arr;
}

C++

實例

#include<iterator>
#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;
const int BUCKET_NUM = 10;

struct ListNode{
        explicit ListNode(int i=0):mData(i),mNext(NULL){}
        ListNode* mNext;
        int mData;
};

ListNode* insert(ListNode* head,int val){
        ListNode dummyNode;
        ListNode *newNode = new ListNode(val);
        ListNode *pre,*curr;
        dummyNode.mNext = head;
        pre = &dummyNode;
        curr = head;
        while(NULL!=curr && curr->mData<=val){
                pre = curr;
                curr = curr->mNext;
        }
        newNode->mNext = curr;
        pre->mNext = newNode;
        return dummyNode.mNext;
}


ListNode* Merge(ListNode *head1,ListNode *head2){
        ListNode dummyNode;
        ListNode *dummy = &dummyNode;
        while(NULL!=head1 && NULL!=head2){
                if(head1->mData <= head2->mData){
                        dummy->mNext = head1;
                        head1 = head1->mNext;
                }else{
                        dummy->mNext = head2;
                        head2 = head2->mNext;
                }
                dummy = dummy->mNext;
        }
        if(NULL!=head1) dummy->mNext = head1;
        if(NULL!=head2) dummy->mNext = head2;
       
        return dummyNode.mNext;
}

void BucketSort(int n,int arr[]){
        vector<ListNode*> buckets(BUCKET_NUM,(ListNode*)(0));
        for(int i=0;i<n;++i){
                int index = arr[i]/BUCKET_NUM;
                ListNode *head = buckets.at(index);
                buckets.at(index) = insert(head,arr[i]);
        }
        ListNode *head = buckets.at(0);
        for(int i=1;i<BUCKET_NUM;++i){
                head = Merge(head,buckets.at(i));
        }
        for(int i=0;i<n;++i){
                arr[i] = head->mData;
                head = head->mNext;
        }
}

參考地址:

https://github.com/hustcc/JS-Sorting-Algorithm/blob/master/9.bucketSort.md

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%A1%B6%E6%8E%92%E5%BA%8F