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计数排序及其应用例子

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    计数排序法是一种简单的排序方法,这种排序算法对一个待排序的数组进行排序,并将排序结果放到另一个新的数组中。计数排序算法针对待排序数组中的每个记录,扫描待排序的数组一趟,统计待排序数组中有多少个记录的值比该记录的值小。假设针对某一个记录,统计出的计数值为c,那么,这个记录在新的有序数组中的合适的存放位置即为c。
    假设有三个数组:
数组 A:待排序数组(非空,数据个数n)
数组 B:排序后的数组
数组 count:纪录A中某个数据在表B中的位置,初始值为0
对于A中某个数据Xi(0<=i<n),与表中各个数据Xj(0<=i<n)进行比较,记录下比Xi小的值的个数到count[i]。但是,我们发现,数据与自身的比较是多余的,而且当Xi与Xj比较后,就没有必要再比较Xj和Xi了。在此基础上我们对之前的操作方式进行一些变化。我们对A中的数据Xi与Xj进行比较,所不同的是Xj的j的范围为 i<j<=n ,即每个Xi只和其后的数据进行比较。在比较过程中,如果Xi > Xj ,则count[i] = count[i]+1;否则,count[j]=count[j]+1 。当算法完毕的时候,count数组中就记录了A中的各个数据在B中的实际位置。算法过程如下所示: 
n   0     1     2    3  /*数组的索引位置*/
A  21   32   17   21  /*数组中的数据*/
C   [0]  [0]  [0]  [0]  /*count的初始值*/
算法开始i=0,j取值{1 ,2,3}。
(1)X0<X1 ,所以count[1]+1
n   0     1     2    3  /*数组的索引位置*/
A  21   32   17   21  /*数组中的数据*/
C   [0]  [1]  [0]  [0]  /*count的值*/
(2)X0>X2 ,所以count[0]+1
n   0     1     2    3  /*数组的索引位置*/
A  21   32   17   21  /*数组中的数据*/
C   [1]  [1]  [0]  [0]  /*count的值*/
(3)X0=X3 ,所以count[3]+1
n   0     1     2    3  /*数组的索引位置*/
A  21   32   17   21  /*数组中的数据*/
C   [1]  [1]  [0]  [1]  /*count的值*/
接下来i=1 ,j取值{2,3}
…….
如此继续直至算法完毕,则
n   0     1     2    3  /*数组的索引位置*/
A  21   32   17   21  /*数组中的数据*/
C   [1]  [3]  [0]  [2]  /*count的初始值*/
接下来的要做的只是按count中的值将A中的数据放到B中相应的位置上了,即 B[count[i]] = A[i],则数组B中数据为
B [17] [21] [21] [32]
至此计数排序算法完成。
在上述过程中,我们看到,对于待排序数组中的相同数据,在排序后其先后顺序保持不变,也就是说以上原理的排序算法是一个稳定的排序算法。
算法复杂度:
    上述计数排序算法包含两重循环,假设数组A中的数据个数为n,那么在程序执行过程中,第二层循环控制变量j的执行次数随着第一层循环控制变量i的变化依次为n-1 , n-2,n-3,…….,0 ,这是一个差值为1的n项等差数列,所以第二层循环的执行次数为(n-1+0)*n/2,即n*(n-1)/2,所以该算法的时间复杂度为O(n2)。

 

在计数排序算法的代码中,我们假定输入是个数组A[0...n-1],length[A]=n。另外还需要两个数组:存放排序结果的B[0...n-1],以及提供临时存储区的C[0...k].

#include  < stdio.h >
#include 
< stdlib.h >
#include 
< iostream >
using   namespace  std;

void  CountSort( int  a[],  int  b[], int  k, int  num)
{
    
int *  c  =   new   int [k + 1 ];
    
for  ( int  i = 0 ;i <= k;i ++ )
       c[i]
= 0 ;
    
int  size  =  num;
    
for  ( int  j = 0 ;j < size;j ++ )
       c[a[j]]
++ ;
    
// c[i]包含等于i的元素个数
     for  (i = 1 ;i <= k;i ++ )
       c[i]
= c[i] + c[i - 1 ];
    
// c[i]包含小于等于i的元素个数
     for  (j = size - 1 ;j >= 0 ;j -- )
    
{
        b[c[a[j]]
- 1 ] = a[j];
        c[a[j]]
-- ;
    }


        delete [] c;
}

void  main()
{
    
int  num,max;
    cout
<< " 输入最大整数及输入个数 " << endl;
    cin
>> max;
    cin
>> num;
    
int *  a  =   new   int [num];
    
int *  b  =   new   int [num];
    cout
<< " 排序前: " << endl;
    
for ( int  i = 0 ;i < num;i ++ )
    
{
        cin
>> a[i];
        
if  (a[i] > max)
            i
-- ;
    }

        
    CountSort(a,b,max,num);

    cout
<< " 排序后: " << endl;
    
for  ( int  j = 0 ;j < num;j ++ )
    
{
        cout
<< b[j] << endl;
    }


    delete [] a;
    delete [] b;
}

 

一个例子  form:http://zhedahht.blog.163.com/blog/static/25411174201131184017844/

 

题目:某公司有几万名员工,请完成一个时间复杂度为 O(n) 的算法对该公司员工的年龄作排序,可使用 O(1) 的辅助空间。

分析:排序是面试时经常被提及的一类题目,我们也熟悉其中很多种算法,诸如插入排序、归并排序、冒泡排序,快速排序等等。这些排序的算法,要么是 O(n2 ) 的,要么是 O(nlog n) 的。可是这道题竟然要求是 O(n) 的,这里面到底有什么玄机呢?

    题目特别强调是对一个公司的员工的年龄作排序。员工的数目虽然有几万人,但这几万员工的年龄却只有几十种可能。上班早的人一般也要等到将近二十岁才上班,一般人再晚到了六七十岁也不得不退休。

    由于年龄总共只有几十种可能,我们可以很方便地统计出每一个年龄里有多少名员工。举个简单的例子,假设总共有 5 个员工,他们的年龄分别是 25 24 26 24 25 。我们统计出他们的年龄, 24 岁的有两个, 25 岁的也有两个, 26 岁的一个。那么我们根据年龄排序的结果就是: 24 24 25 25 26 ,即在表示年龄的数组里写出两个 24 、两个 25 和一个 26

                想明白了这种思路,我们就可以写出如下代码:

void SortAges(int ages[], int length)

{

    if (ages == NULL || length <= 0)

        return ;

 

    const int oldestAge = 99;

    int timesOfAge[oldestAge + 1];

 

    for (int i = 0; i <= oldestAge; ++ i)

        timesOfAge[i] = 0;

 

    for (int i = 0; i < length; ++ i)

    {

        int age = ages[i];

        if (age < 0 || age > oldestAge)

            throw new std::exception("age out of range." );

 

        ++ timesOfAge[age];

    }

 

    int index = 0;

    for (int i = 0; i <= oldestAge; ++ i)

    {

        for (int j = 0; j < timesOfAge[i]; ++ j)

        {

            ages[index] = i;

            ++ index;

        }

    }

}

   在上面的代码中,允许的范围是 0 99 岁。数组 timesOfAge 用来统计每个年龄出现的次数。某个年龄出现了多少次,就在数组 ages 里设置几次该年龄。这样就相当于给数组 ages 排序了。该方法用长度 100 的整数数组辅助空间换来了 O(n) 的时间效率。由于不管对多少人的年龄作排序,辅助数组的长度是固定的 100 个整数,因此它的空间复杂度是个常数,即 O(1)

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