Radix Sort реализована в C++

Question

Я пытаюсь улучшить свой C++, создав программу, которая будет принимать большое количество чисел от 1 до 10^6. Группы, в которых будут храниться числа на каждом проходе, представляют собой массив узлов (где узел - это созданная мной структура, содержащая значение и атрибут следующего узла).

После сортировки чисел в сегменты по наименее значимому значению у меня есть конец одной точки сегмента к началу другого сегмента (чтобы я мог быстро получить сохраняемые номера без нарушения порядка). В моем коде нет ошибок (ни во время компиляции, ни во время выполнения), но я столкнулся с проблемой того, как я собираюсь решить оставшиеся 6 итераций (так как я знаю диапазон чисел).

Проблема, с которой я столкнулся, заключается в том, что изначально числа были переданы функции radixSort в виде массива int. После первой итерации сортировки числа теперь сохраняются в массиве структур. Есть ли способ, которым я мог бы переделать свой код так, чтобы у меня был только один цикл for для 7 итераций, или мне понадобится один цикл for, который будет выполняться один раз, и еще один цикл под ним, который будет выполняться 6 раз перед возвратом полностью отсортированного список?

#include <iostream>
#include <math.h>
using namespace std;

struct node
{
    int value;
    node *next; 
};

//The 10 buckets to store the intermediary results of every sort
node *bucket[10];
//This serves as the array of pointers to the front of every linked list
node *ptr[10];
//This serves as the array of pointer to the end of every linked list
node *end[10];
node *linkedpointer;
node *item;
node *temp;

void append(int value, int n)
{
    node *temp; 
    item=new node;
    item->value=value;
    item->next=NULL;
    end[n]=item;
    if(bucket[n]->next==NULL)
    {
        cout << "Bucket " << n << " is empty" <<endl;
        bucket[n]->next=item;
        ptr[n]=item;
    }
    else
    {
        cout << "Bucket " << n << " is not empty" <<endl;
        temp=bucket[n];
        while(temp->next!=NULL){
            temp=temp->next;
        }
        temp->next=item;
    }
}

bool isBucketEmpty(int n){
    if(bucket[n]->next!=NULL)
        return false;
    else
        return true;
}
//print the contents of all buckets in order
void printBucket(){
    temp=bucket[0]->next;
    int i=0;
    while(i<10){
        if(temp==NULL){
            i++;
            temp=bucket[i]->next;                       
        }
        else break;

    }
    linkedpointer=temp;
    while(temp!=NULL){
        cout << temp->value <<endl;
        temp=temp->next;
    }
}

void radixSort(int *list, int length){
    int i,j,k,l;
    int x;
    for(i=0;i<10;i++){
        bucket[i]=new node;
        ptr[i]=new node;
        ptr[i]->next=NULL;
        end[i]=new node;
    }
    linkedpointer=new node;

    //Perform radix sort
    for(i=0;i<1;i++){
        for(j=0;j<length;j++){          
            x=(int)(*(list+j)/pow(10,i))%10;            
            append(*(list+j),x);
            printBucket(x); 
        }//End of insertion loop
        k=0,l=1;

        //Linking loop: Link end of one linked list to the front of another
        for(j=0;j<9;j++){
            if(isBucketEmpty(k))
                k++;
            if(isBucketEmpty(l) && l!=9)
                l++;
            if(!isBucketEmpty(k) && !isBucketEmpty(l)){
                end[k]->next=ptr[l];
                k++;
                if(l!=9) l++;   
            }

        }//End of linking for loop

        cout << "Print results" <<endl;
        printBucket();

        for(j=0;j<10;j++)
            bucket[i]->next=NULL;                       
        cout << "End of iteration" <<endl;
    }//End of radix sort loop
}

int main(){
    int testcases,i,input;
    cin >> testcases;
    int list[testcases];
    int *ptr=&list[0];
    for(i=0;i<testcases;i++){
        cin>>list[i];
    }

    radixSort(ptr,testcases);
    return 0;
}

Answer 1

Я думаю, что вы сильно усложняете свое решение. Вы можете реализовать основание, используя единственный массив, полученный на входе, с сегментами на каждом шаге, представленными массивом индексов, которые отмечают начальный индекс каждого сегмента во входном массиве.

На самом деле, вы могли бы даже сделать это рекурсивно:

// Sort 'size' number of integers starting at 'input' according to the 'digit'th digit
// For the parameter 'digit', 0 denotes the least significant digit and increases as significance does
void radixSort(int* input, int size, int digit)
{
    if (size == 0)
        return;

    int[10] buckets;    // assuming decimal numbers

    // Sort the array in place while keeping track of bucket starting indices.
    // If bucket[i] is meant to be empty (no numbers with i at the specified digit),
    // then let bucket[i+1] = bucket[i]

    for (int i = 0; i < 10; ++i)
    {
        radixSort(input + buckets[i], buckets[i+1] - buckets[i], digit+1);
    }
}

Конечно buckets[i+1] - buckets[i] вызовет переполнение буфера, когда i 9, но я пропустил дополнительную проверку или ради читабельности; Я надеюсь, вы знаете, как справиться с этим.

С этим вам просто нужно позвонить radixSort(testcases, sizeof(testcases) / sizeof(testcases[0]), 0) и ваш массив должен быть отсортирован.

Answer 2

Чтобы ускорить процесс с улучшенным управлением памятью, создайте матрицу для подсчетов, которые преобразуются в индексы путем одного прохода по массиву. Выделите второй временный массив того же размера, что и исходный массив, и делайте радикальную сортировку между двумя массивами, пока массив не будет отсортирован. Если выполняется нечетное число проходов радикальной сортировки, то в конце необходимо будет скопировать временный массив обратно в исходный массив.

Чтобы еще больше ускорить процесс, используйте базу 256 вместо базы 10 для сортировки по основанию. Для создания матрицы требуется всего 1 проход сканирования, а для сортировки - 4 прохода сортировки по основанию. Пример кода:

typedef unsigned int uint32_t;

uint32_t * RadixSort(uint32_t * a, size_t count)
{
size_t mIndex[4][256] = {0};            // count / index matrix
uint32_t * b = new uint32_t [COUNT];    // allocate temp array
size_t i,j,m,n;
uint32_t u;
    for(i = 0; i < count; i++){         // generate histograms
        u = a[i];
        for(j = 0; j < 4; j++){
            mIndex[j][(size_t)(u & 0xff)]++;
            u >>= 8;
        }       
    }
    for(j = 0; j < 4; j++){             // convert to indices
        m = 0;
        for(i = 0; i < 256; i++){
            n = mIndex[j][i];
            mIndex[j][i] = m;
            m += n;
        }       
    }
    for(j = 0; j < 4; j++){             // radix sort
        for(i = 0; i < count; i++){     //  sort by current lsb
            u = a[i];
            m = (size_t)(u>>(j<<3))&0xff;
            b[mIndex[j][m]++] = u;
        }
        std::swap(a, b);                //  swap ptrs
    }
    delete[] b;
    return(a);
}

Answer 3

Поскольку ваши значения - это целые числа в диапазоне 0 ... 1 000 000

Вы можете создать массив размером 1 000 001 и сделать все за два прохода

Инициируйте второй массив со всеми нулями.

Сделайте проход через ваш входной массив и используйте значение в качестве индекса, чтобы увеличить значение во втором массиве.

Как только вы это сделаете, второй проход будет легким. пройти через второй массив, и каждый элемент сообщает вам, сколько раз это число появилось в исходном массиве. Используйте эту информацию для повторного заполнения вашего входного массива.