《算法》第五章部分程序 part 2
▶ 书中第五章部分程序,包括在加上自己补充的代码,字符串高位优先排序(计数 + 插排),(原地排序),(三路快排,与前面的三路归并排序相同)
● 计数 + 插排
package package01; import edu.princeton.cs.algs4.StdIn;
import edu.princeton.cs.algs4.StdOut; public class class01
{
private static final int BITS_PER_BYTE = 8;
private static final int BITS_PER_INT = 32;
private static final int R = 256;
private static final int CUTOFF = 15; // 尺寸不超过 CUTOFF 的数组使用插入排序 private class01() {} public static void sort(String[] a) // 对字符串的排序
{
int n = a.length;
String[] aux = new String[n];
sortKernel(a, 0, n - 1, 0, aux);
} private static void sortKernel(String[] a, int lo, int hi, int d, String[] aux)
{
if (hi <= lo + CUTOFF) // 数组较小,使用插入排序
{
insertion(a, lo, hi, d);
return;
}
int[] count = new int[R + 2];
for (int i = lo; i <= hi; i++)
count[charAt(a[i], d) + 2]++;
for (int r = 0; r < R + 1; r++)
count[r + 1] += count[r];
for (int i = lo; i <= hi; i++)
aux[count[charAt(a[i], d) + 1]++] = a[i];
for (int i = lo; i <= hi; i++) // 写回时注意偏移
a[i] = aux[i - lo];
for (int r = 0; r < R; r++) // 每个字母开头的子数组分别排序
sortKernel(a, lo + count[r], lo + count[r + 1] - 1, d + 1, aux);
} private static void insertion(String[] a, int lo, int hi, int d) // 数组 a 关于第 d 位插入排序
{
for (int i = lo; i <= hi; i++)
{
for (int j = i; j > lo && less(a[j], a[j - 1], d); j--)
exch(a, j, j - 1);
}
} private static void exch(String[] a, int i, int j)
{
String temp = a[i];
a[i] = a[j];
a[j] = temp;
} private static int charAt(String s, int d) // 按索引取字符串的字符
{
assert d >= 0 && d <= s.length();
if (d == s.length())
return -1;
return s.charAt(d);
} private static boolean less(String v, String w, int d)
{
//assert v.substring(0, d).equals(w.substring(0, d)); // 先检查等于
for (int i = d; i < Math.min(v.length(), w.length()); i++)
{
if (v.charAt(i) < w.charAt(i))
return true;
if (v.charAt(i) > w.charAt(i))
return false;
}
return v.length() < w.length();
} public static void sort(int[] a) // 对数组的排序
{
int n = a.length;
int[] aux = new int[n];
sortKernel(a, 0, n - 1, 0, aux);
} private static void sortKernel(int[] a, int lo, int hi, int d, int[] aux)
{
if (hi <= lo + CUTOFF)
{
insertion(a, lo, hi, d);
return;
}
int[] count = new int[R + 1];
int mask = R - 1;
int shift = BITS_PER_INT - BITS_PER_BYTE * d - BITS_PER_BYTE;
for (int i = lo; i <= hi; i++)
{
int c = (a[i] >> shift) & mask;
count[c + 1]++;
}
for (int r = 0; r < R; r++)
count[r + 1] += count[r];
if (d == 0) // 符号位,0x00-0x7F 要排在 0x80-0xFF 的后面
{
int shift1 = count[R] - count[R / 2];
int shift2 = count[R / 2];
for (int r = 0; r < R / 2; r++)
count[r] += shift1;
for (int r = R / 2; r < R; r++)
count[r] -= shift2;
}
for (int i = lo; i <= hi; i++)
{
int c = (a[i] >> shift) & mask;
aux[count[c]++] = a[i];
}
for (int i = lo; i <= hi; i++)
a[i] = aux[i - lo];
if (d == 4) // 已经到了最高位,不用分治了
return;
if (count[0] > 0)
sortKernel(a, lo, lo + count[0] - 1, d + 1, aux);
for (int r = 0; r < R; r++)
{
if (count[r + 1] > count[r]) // 存在数字第 d 位是 r 的数字需要排序
sortKernel(a, lo + count[r], lo + count[r + 1] - 1, d + 1, aux);
}
} private static void insertion(int[] a, int lo, int hi, int d)
{
for (int i = lo; i <= hi; i++)
{
for (int j = i; j > lo && a[j] < a[j - 1]; j--)
exch(a, j, j - 1);
}
} private static void exch(int[] a, int i, int j)
{
int temp = a[i];
a[i] = a[j];
a[j] = temp;
} public static void main(String[] args)
{
String[] a = StdIn.readAllStrings();
int n = a.length;
sort(a);
for (int i = 0; i < n; i++)
StdOut.println(a[i]);
}
}
● 原地排序
package package01; import edu.princeton.cs.algs4.StdIn;
import edu.princeton.cs.algs4.StdOut; public class class01
{
private static final int R = 256;
private static final int CUTOFF = 0; private class01() {} public static void sort(String[] a)
{
int n = a.length;
sortKernel(a, 0, n - 1, 0);
} private static void sortKernel(String[] a, int lo, int hi, int d)
{
if (hi <= lo + CUTOFF)
{
insertion(a, lo, hi, d);
return;
}
int[] heads = new int[R + 2]; // 需要记录每个字符出现的首位和末位
int[] tails = new int[R + 1];
for (int i = lo; i <= hi; i++)
heads[charAt(a[i], d) + 2]++;
heads[0] = lo; // heads 首位设为 lo,方便直接做 a 的索引
for (int r = 0; r < R + 1; r++)
{
heads[r + 1] += heads[r];
tails[r] = heads[r + 1]; // tails 等于前缀和的 heads 左移一格,等于下一个字符出现的位置
}
for (int r = 0; r < R + 1; r++) // 循环完成所有字符
{
for (; heads[r] < tails[r]; heads[r]++) // 循环直到所有 heads 向 tails 靠拢
{
// a[heads[r]] 作为临时位置,每次把其上字符串发送到排序后正确的位置上,替换下来的字符串放回,用于下一次发送
for (int c = charAt(a[heads[r]], d); c + 1 != r; c = charAt(a[heads[r]], d))
exch(a, heads[r], heads[c + 1]++); // 每次发送后要后移同一字符串的目标位置
}
}
for (int r = 0; r < R; r++) // 分治所有子数组
sortKernel(a, tails[r], tails[r + 1] - 1, d + 1);
} private static void insertion(String[] a, int lo, int hi, int d)
{
for (int i = lo; i <= hi; i++)
{
for (int j = i; j > lo && less(a[j], a[j - 1], d); j--)
exch(a, j, j - 1);
}
} private static void exch(String[] a, int i, int j)
{
String temp = a[i];
a[i] = a[j];
a[j] = temp;
} private static int charAt(String s, int d)
{
assert d >= 0 && d <= s.length();
if (d == s.length())
return -1;
return s.charAt(d);
} private static boolean less(String v, String w, int d)
{
// assert v.substring(0, d).equals(w.substring(0, d));
for (int i = d; i < Math.min(v.length(), w.length()); i++)
{
if (v.charAt(i) < w.charAt(i))
return true;
if (v.charAt(i) > w.charAt(i))
return false;
}
return v.length() < w.length();
} public static void main(String[] args)
{
String[] a = StdIn.readAllStrings();
int n = a.length;
sort(a);
for (int i = 0; i < n; i++)
StdOut.println(a[i]);
}
}
● 三路快排
package package01; import edu.princeton.cs.algs4.StdIn;
import edu.princeton.cs.algs4.StdOut;
import edu.princeton.cs.algs4.StdRandom; public class class01
{
private static final int CUTOFF = 15; private class01() {} public static void sort(String[] a)
{
StdRandom.shuffle(a);
sortKernel(a, 0, a.length - 1, 0);
} private static void sortKernel(String[] a, int lo, int hi, int d)
{
if (hi <= lo + CUTOFF)
{
insertion(a, lo, hi, d);
return;
}
int lt = lo, gt = hi;
int v = charAt(a[lo], d);
for (int i = lo + 1; i <= gt;)
{
int t = charAt(a[i], d);
if (t < v)
exch(a, lt++, i++);
else if (t > v)
exch(a, i, gt--);
else
i++;
}
sortKernel(a, lo, lt - 1, d);
if (v >= 0)
sortKernel(a, lt, gt, d + 1);
sortKernel(a, gt + 1, hi, d);
} private static void insertion(String[] a, int lo, int hi, int d)
{
for (int i = lo; i <= hi; i++)
{
for (int j = i; j > lo && less(a[j], a[j - 1], d); j--)
exch(a, j, j - 1);
}
} private static boolean less(String v, String w, int d)
{
assert v.substring(0, d).equals(w.substring(0, d));
for (int i = d; i < Math.min(v.length(), w.length()); i++)
{
if (v.charAt(i) < w.charAt(i))
return true;
if (v.charAt(i) > w.charAt(i))
return false;
}
return v.length() < w.length();
} private static int charAt(String s, int d)
{
assert d >= 0 && d <= s.length();
if (d == s.length())
return -1;
return s.charAt(d);
} private static void exch(String[] a, int i, int j)
{
String temp = a[i];
a[i] = a[j];
a[j] = temp;
} public static void main(String[] args)
{
String[] a = StdIn.readAllStrings();
int n = a.length; sort(a); for (int i = 0; i < n; i++)
StdOut.println(a[i]);
}
}
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