Java玩转《啊哈算法》排序之桶排序-编程知识

过去心不可得，现在心不可得，未来心不可得

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楔子
代码地址
桶排序
代码
- 核心部分
- - 优缺点
- 完整代码
- 演示
升级版
- 核心代码
- 完整代码
- 演示

楔子

大家好！本人最近看了下《啊哈算法》，写的确实不错，生动形象又有趣（~~我没收钱，确实如此~~ ）。

但对我来说，稍显遗憾的是，书籍代码是c语言，而不是本人常用的Java。

那就弥补遗憾，说干就干，把这本书的示例语言用java给翻译一遍！！！

于是就有了本篇博客，当然这只是第一篇，主要是讲解桶排序。
在这里插入图片描述

没有买纸质书的童鞋也甭担心，电子版的下载链接已经放到下方了，自己下载去吧！！！

链接：https://pan.baidu.com/s/1imxiElcCorw2F-HJEnB-PA?pwd=jmgs
提取码：jmgs

不过还是建议有条件的同学可以买下纸质书，尊重一下作者的劳动成果。

代码地址

本文代码已开源：

git clone https://gitee.com/guqueyue/my-blog-demo.git

请切换到gitee分支，

然后查看aHaAlgorithm模块下的src/main/java/com/guqueyue/aHaAlgorithm/chapter_1_Sort即可！

桶排序

算法学习千千万，排序是块敲门砖！！！

国内算法学习似乎有个不成文的规定，想学算法，先学排序。而桶排序可以说是排序算法中最简单的算法了。

在这里插入图片描述

桶排序的核心原理非常简单：

遍历需要排序的元素集合，用一个数组表示。数组的一个个连续的空间作为一个个桶，索引为元素，而索引对应的值为元素个数。

相当于把元素放到对应的一个一个桶里面，所以叫桶排序。
在这里插入图片描述

而因为数组的索引是连续的，所以遍历数组索引就能得到一个升序的元素集合。如果索引对应的值为0，说明该元素不存在。

代码

核心部分

	/*** @Description 桶排序* @Param [scoreArr]* @return int[]**/private static int[] bucketSort(int[] scoreArr) {// 11为数据范围的大小int[] bucket = new int[11];// 用于返回排序后的数组int[] result = new int[scoreArr.length];// 入桶，计数for (int num : scoreArr) {bucket[num]++;}// 根据桶的索引以及计数的次数，生成排序后的数组 - 如果需要降序，倒序遍历数组即可int k = 0;for (int i = 0; i < bucket.length; i++) { // 遍历每个桶for (int j = 0; j < bucket[i]; j++) { // 遍历桶里面的元素result[k++] = i;}}return result;}

优缺点

通过上文的讲解以及核心代码，我们不难得出桶排序具有以下的优缺点：

优点：
1. 简单。
2. 速度快。时间复杂度为：O(m+n), 其中m为排序数组的大小，n为桶的大小。
缺点：
1. 占用空间。因为桶的长度取决于元素的取值范围，元素的取值范围越大，越占用空间。
2. 有使用局限，只能对整数进行排序。若元素中存在小数无法使用桶排序，因为数组的索引不能为小数。

完整代码

package com.guqueyue.aHaAlgorithm.chapter_1_Sort;import java.util.Arrays;
import java.util.Scanner;/*** @Author: guqueyue* @Description: 桶排序* @Date: 2024/1/8**/
public class BucketSort {public static void main(String[] args) {// 获取分数数组int[] scoreArr = getScoreArr();System.out.println("输入的数组为: " + Arrays.toString(scoreArr));// 桶排序int[] result = bucketSort(scoreArr);System.out.println("排序后：" + Arrays.toString(result));}/*** @Description 桶排序* @Param [scoreArr]* @return int[]**/private static int[] bucketSort(int[] scoreArr) {// 11为数据范围的大小int[] bucket = new int[11];// 用于返回排序后的数组int[] result = new int[scoreArr.length];// 入桶，计数for (int num : scoreArr) {bucket[num]++;}// 根据桶的索引以及计数的次数，生成排序后的数组 - 如果需要降序，倒序遍历数组即可int k = 0;for (int i = 0; i < bucket.length; i++) { // 遍历每个桶for (int j = 0; j < bucket[i]; j++) { // 遍历桶里面的元素result[k++] = i;}}return result;}/*** @Description 获取分数数组* @Param []* @return int[]**/private static int[] getScoreArr() {Scanner scanner = new Scanner(System.in);System.out.print("请输入数组长度：");int n = scanner.nextInt();int[] scoreArr = new int[n];for (int i = 0; i < n; i++) {System.out.printf("请输入第%d个数（范围：0-10），然后按回车: ", i+1);scoreArr[i] = scanner.nextInt();}return scoreArr;}
}

演示

运行代码，控制台输入可得：
在这里插入图片描述

升级版

正如作者所说，上文演示的只是一个简易版的桶排序算法。

那如果需要输入多个学生的姓名和分数，再根据学生的分数排名由高到低输出学生的姓名，这样要怎么做呢？

作者这里并没有给出答案，我们来扩展一下，首先创建一个学生类：

package com.guqueyue.aHaAlgorithm.entity;import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.Data;
import lombok.NoArgsConstructor;/*** @Author: guqueyue* @Description: 学生类* @Date: 2024/1/9**/
//lombok插件的注解
@Data // 若未使用lombok插件，请自行生成getter、setter以及toString方法
@NoArgsConstructor // 若未使用lombok插件，请自行生成无参构造方法
@AllArgsConstructor // 若未使用lombok插件，请自行生成有参构造方法
public class Student {private String name; // 姓名private Integer score; // 分数
}

核心代码

同理，我们使用桶排序，得到一个通过分数降序排序的学生数组：

	/*** @Description 桶排序 - 通过分数排序学生数组* @Param [scoreArr]* @return com.guqueyue.aHaAlgorithm.entity.Student[]**/private static Student[] bucketSort(Student[] scoreArr) {Student[] result = new Student[scoreArr.length];// 桶排序,将分数入桶int[] bucket = new int[101];for (Student student : scoreArr) {bucket[student.getScore()]++;}int k = 0;for (int i = 100; i >= 0; i--) { // 倒序遍历桶if (bucket[i] > 0) {for (Student student : scoreArr) { // 遍历学生数组，将符合当前桶的分数的学生放入数组if (student.getScore() == i) {result[k++] = student;}}}}return result;}

完整代码

package com.guqueyue.aHaAlgorithm.chapter_1_Sort;import com.guqueyue.aHaAlgorithm.entity.Student;import java.util.*;/*** @Author: guqueyue* @Description: 桶排序 - 通过分数排序学生数组* @Date: 2024/1/9**/
public class BucketSort2 {public static void main(String[] args) {Student[] scoreArr = getStudentArr(); // 获取学生数组System.out.println("输入的数组为：" + Arrays.toString(scoreArr));Student[] result = bucketSort(scoreArr);System.out.println("排序后的数组为： " + Arrays.toString(result));System.out.print("学生排名为： ");for (Student student : result) {System.out.print(student.getName() + " ");}System.out.println();}/*** @Description 桶排序 - 通过分数排序学生数组* @Param [scoreArr]* @return com.guqueyue.aHaAlgorithm.entity.Student[]**/private static Student[] bucketSort(Student[] scoreArr) {Student[] result = new Student[scoreArr.length];// 桶排序,将分数入桶int[] bucket = new int[101];for (Student student : scoreArr) {bucket[student.getScore()]++;}int k = 0;for (int i = 100; i >= 0; i--) { // 倒序遍历桶if (bucket[i] > 0) {for (Student student : scoreArr) { // 遍历学生数组，将符合当前桶的分数的学生放入数组if (student.getScore() == i) {result[k++] = student;}}}}return result;}/*** @Description 桶排序优化版 - 通过分数排序学生数组* @Param [scoreArr]* @return com.guqueyue.aHaAlgorithm.entity.Student[]**/private static Student[] bucketSort2(Student[] scoreArr) {// 1.构建 分数 -> 人名集合 映射集Map<Integer, List<Student>> dict = new HashMap<>();for (Student student : scoreArr) {Integer score = student.getScore();List<Student> studentList = new ArrayList<>();if (dict.containsKey(score)) {studentList = dict.get(score);}studentList.add(student);dict.put(score, studentList);}Student[] result = new Student[scoreArr.length];// 桶排序int[] bucket = new int[101];for (Student student : scoreArr) {bucket[student.getScore()]++;}int k = 0;for (int i = 100; i >= 0; i--) {if (bucket[i] > 0) { // 如果有List<Student> students = dict.get(i);if (students != null && students.size() > 0) {for (Student student : students) {result[k++] = student;}}}}return result;}/*** @Description 获取学生数组* @Param []* @return com.guqueyue.aHaAlgorithm.entity.Student[]**/private static Student[] getStudentArr() {Scanner scanner = new Scanner(System.in);System.out.print("请输入学生数量：");int n = scanner.nextInt();Student[] students = new Student[n];for (int i = 0; i < n; i++) {Student student = new Student();System.out.printf("请输入第%d个学生的姓名：", i+1);student.setName(scanner.next());System.out.printf("请输入第%d个学生的分数（0-100）：", i+1);student.setScore(scanner.nextInt());students[i] = student;}return students;}
}