Java玩转《啊哈算法》排序之桶排序

过去心不可得，现在心不可得，未来心不可得

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。

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。

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。

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：

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;
    }
}

演示

运行代码，控制台输入，可得：

我们下期博客再见！