常用排序算法(八)桶排序

桶排序

概要

本章介绍排序算法中的桶排序。内容包括：
1. 桶排序介绍
2. 桶排序图文说明
3. 桶排序实现
3.1  桶排序C实现
3.2  桶排序C++实现
3.3  桶排序Java实现

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更多排序和算法请参考：数据结构与算法系列 目录

桶排序介绍

桶排序(Bucket Sort)的原理很简单，它是将数组分到有限数量的桶子里。

假设待排序的数组a中共有N个整数，并且已知数组a中数据的范围[0, MAX)。在桶排序时，创建容量为MAX的桶数组r，并将桶数组元素都初始化为0；将容量为MAX的桶数组中的每一个单元都看作一个"桶"。
在排序时，逐个遍历数组a，将数组a的值，作为"桶数组r"的下标。当a中数据被读取时，就将桶的值加1。例如，读取到数组a[3]=5，则将r[5]的值+1。

桶排序图文说明

桶排序代码

/*
 * 桶排序
 *
 * 参数说明：
 *     a -- 待排序数组
 *     n -- 数组a的长度
 *     max -- 数组a中最大值的范围
 */
void bucketSort(int a[], int n, int max)
{
    int i,j;
    int buckets[max];

    // 将buckets中的所有数据都初始化为0。
    memset(buckets, 0, max*sizeof(int));

    // 1. 计数
    for(i = 0; i < n; i++) 
        buckets[a[i]]++; 

    // 2. 排序
    for (i = 0, j = 0; i < max; i++) 
    {
        while( (buckets[i]--) >0 )
            a[j++] = i;
    }
}

bucketSort(a, n, max)是作用是对数组a进行桶排序，n是数组a的长度，max是数组中最大元素所属的范围[0,max)。

假设a={8,2,3,4,3,6,6,3,9}, max=10。此时，将数组a的所有数据都放到需要为0-9的桶中。如下图：

在将数据放到桶中之后，再通过一定的算法，将桶中的数据提出出来并转换成有序数组。就得到我们想要的结果了。

桶排序实现

桶排序C实现
实现代码(bucket_sort.c)

 1 /**
 2  * 桶排序：C 语言
 3  *
 4  * @author skywang
 5  * @date 2014/03/13
 6  */
 7 
 8 #include <stdio.h>
 9 #include <stdlib.h>
10 #include <string.h>
11 
12 // 数组长度
13 #define LENGTH(array) ( (sizeof(array)) / (sizeof(array[0])) )
14 
15 /*
16  * 桶排序
17  *
18  * 参数说明：
19  *     a -- 待排序数组
20  *     n -- 数组a的长度
21  *     max -- 数组a中最大值的范围
22  */
23 void bucket_sort(int a[], int n, int max)
24 {
25     int i, j;
26     int *buckets;
27 
28     if (a==NULL || n<1 || max<1)
29         return ;
30 
31     // 创建一个容量为max的数组buckets，并且将buckets中的所有数据都初始化为0。
32     if ((buckets=(int *)malloc(max*sizeof(int)))==NULL)
33         return ;
34     memset(buckets, 0, max*sizeof(int));
35 
36     // 1. 计数
37     for(i = 0; i < n; i++) 
38         buckets[a[i]]++; 
39 
40     // 2. 排序
41     for (i = 0, j = 0; i < max; i++) 
42         while( (buckets[i]--) >0 )
43             a[j++] = i;
44 
45     free(buckets);
46 }
47 
48 void main()
49 {
50     int i;
51     int a[] = {8,2,3,4,3,6,6,3,9};
52     int ilen = LENGTH(a);
53 
54     printf("before sort:");
55     for (i=0; i<ilen; i++)
56         printf("%d ", a[i]);
57     printf("
");
58 
59     bucket_sort(a, ilen, 10); // 桶排序
60 
61     printf("after  sort:");
62     for (i=0; i<ilen; i++)
63         printf("%d ", a[i]);
64     printf("
");
65 }

桶排序C++实现
实现代码(BucketSort.cpp)

 1 /**
 2  * 桶排序：C++
 3  *
 4  * @author skywang
 5  * @date 2014/03/13
 6  */
 7 
 8 #include <iostream>
 9 #include <cstring>
10 using namespace std;
11 
12 /*
13  * 桶排序
14  *
15  * 参数说明：
16  *     a -- 待排序数组
17  *     n -- 数组a的长度
18  *     max -- 数组a中最大值的范围
19  */
20 void bucketSort(int* a, int n, int max)
21 {
22     int i, j;
23     int *buckets;
24 
25     if (a==NULL || n<1 || max<1)
26         return ;
27 
28     // 创建一个容量为max的数组buckets，并且将buckets中的所有数据都初始化为0。
29     if ((buckets = new int[max])==NULL)
30         return ;
31     memset(buckets, 0, max*sizeof(int));
32 
33     // 1. 计数
34     for(i = 0; i < n; i++) 
35         buckets[a[i]]++; 
36 
37     // 2. 排序
38     for (i = 0, j = 0; i < max; i++) 
39         while( (buckets[i]--) >0 )
40             a[j++] = i;
41 
42     delete[] buckets;
43 }
44 
45 
46 int main()
47 {
48     int i;
49     int a[] = {8,2,3,4,3,6,6,3,9};
50     int ilen = (sizeof(a)) / (sizeof(a[0]));
51 
52     cout << "before sort:";
53     for (i=0; i<ilen; i++)
54         cout << a[i] << " ";
55     cout << endl;
56 
57     bucketSort(a, ilen, 10); // 桶排序
58 
59     cout << "after  sort:";
60     for (i=0; i<ilen; i++)
61         cout << a[i] << " ";
62     cout << endl;
63 
64     return 0;
65 }

桶排序Java实现
实现代码(BucketSort.java)

 1 /**
 2  * 桶排序：Java
 3  *
 4  * @author skywang
 5  * @date 2014/03/13
 6  */
 7 
 8 public class BucketSort {
 9 
10     /*
11      * 桶排序
12      *
13      * 参数说明：
14      *     a -- 待排序数组
15      *     max -- 数组a中最大值的范围
16      */
17     public static void bucketSort(int[] a, int max) {
18         int[] buckets;
19 
20         if (a==null || max<1)
21             return ;
22 
23         // 创建一个容量为max的数组buckets，并且将buckets中的所有数据都初始化为0。
24         buckets = new int[max];
25 
26         // 1. 计数
27         for(int i = 0; i < a.length; i++) 
28             buckets[a[i]]++; 
29 
30         // 2. 排序
31         for (int i = 0, j = 0; i < max; i++) {
32             while( (buckets[i]--) >0 ) {
33                 a[j++] = i;
34             }
35         }
36 
37         buckets = null;
38     }
39 
40     public static void main(String[] args) {
41         int i;
42         int a[] = {8,2,3,4,3,6,6,3,9};
43 
44         System.out.printf("before sort:");
45         for (i=0; i<a.length; i++)
46             System.out.printf("%d ", a[i]);
47         System.out.printf("
");
48 
49         bucketSort(a, 10); // 桶排序
50 
51         System.out.printf("after  sort:");
52         for (i=0; i<a.length; i++)
53             System.out.printf("%d ", a[i]);
54         System.out.printf("
");
55     }
56 }

上面3种实现的原理和输出结果都是一样的。下面是它们的输出结果：

before sort:8 2 3 4 3 6 6 3 9 
after  sort:2 3 3 3 4 6 6 8 9