Java关于桶排序的知识点总结

前言：Java数据结构与算法专题会不定时更新，欢迎各位读者监督。本文从最简单的一个排序算法——桶排序开始，分析桶排序的实现思路，代码实现，性能特点以及适用场景。

0、其他排序算法索引

https://www.jb51.net/article/120879.htm

1、桶排序思想

一个简单例子：

对6个人的英语测试成绩（1~10分）进行排序。假如分数是[6,5,8,8,10,9],用桶排序的思想就是准备10个桶，编号依次为1~10，将成绩放入对应的桶中，例如6分放入6号桶，两个8分放入8号桶...然后按照桶的标号顺序逐一输出（有就输出，没有就不输出），这就是桶排序的基本思想。

事实上，这只是一个简易版，试想一下，如果待排序的元素跨度范围比较大，例如1~10000，是不是需要10000个桶？实际上这种情况下，一个桶里并非总放一个元素，很多时候一个桶里放多个元素。其实真正的桶排序和散列表有一样的原理。

实际排序中，通常对每个桶中的元素继续使用其他排序算法进行排序，所以更多时候，桶排序会结合其他排序算法一起使用。

2、桶排序代码

在分析了桶排序的思想后，首先要知道待排序元素的范围，以上述为例，声明一个长度为10的数组作为10个桶，然后将成绩逐一往桶中放时，该桶的值+1，最终输出倒序输出数组下标，数组每个位置的值为几就输出几次，这样就能实现基本的桶排序。

public class BucketSort {
  private int[] buckets;
  private int[] array;
  
  public BucketSort(int range,int[] array){
    this.buckets = new int[range];
    this.array = array;
  }
  
  /*排序*/
  public void sort(){
    if(array!=null && array.length>1){
      for(int i=0;i<array.length;i++){
        buckets[array[i]]++;
      }
    }
  }
  
  /*排序输出*/
  public void sortOut(){
    //倒序输出数据
    for (int i=buckets.length-1; i>=0; i--){
      for(int j=0;j<buckets[i];j++){
        System.out.print(i+"\t");
      }      
    }
  }
}

测试代码：

public class SortTest {
  public static void main(String[] args) {
    testBucketsSort();
  }
  
  private static void testBucketsSort(){
    int[] array = {5,7,3,5,4,8,6,4,1,2};
    BucketSort bs = new BucketSort(10, array);
    bs.sort();
    bs.sortOut();//输出打印排序
  }
}

3、桶排序性能特点

桶排序实际上只需要遍历一遍所有的待排元素，然后依次放入指定的位置。如果加上输出排序的时间，就要遍历所有的桶。因此桶排序的时间复杂度是O(n+m),n是待排元素的个数，m是桶的个数，也就是待排元素的范围。这个算法算是相当快的排序算法了，但是空间复杂度比较大。

当待排元素的大小范围比较大，但待排元素个数比较少时，空间浪费就比较严重，待排元素分布月均匀，空间利用率越高，事实上这种情况很少见。

通过以上性能分析，可以得出桶排序的特点：速度快且简单，但同时空间利用率较低。当待排数据跨度很大时，空间利用率是无法忍受的。

4、桶排序适用场景

根据桶排序的特点，桶排序一般适用于一些特定的环境，比如数据范围较为局限或者有一些特定的要求，比如需要通过哈希映射快速获取某些值，需要统计每个数的数量。但是这一切都以确认数据的范围为前提，如果范围跨度过大，则考虑用其他算法。