C#中使用基数排序算法对字符串进行排序的示例


本文向大家介绍C#中使用基数排序算法对字符串进行排序的示例,包括了C#中使用基数排序算法对字符串进行排序的示例的使用技巧和注意事项,需要的朋友参考一下

开始之前

假设最长字符串的长度是L,以L作为输入的长度, 然后假定所有的字符串都"补齐"到此长度,这个补齐只是逻辑上的,我们可以假想有一种"空字符", 它小于任何其它字符,用此字符补齐所有长度不足的字符串。例如:最长的字符串长度为9,有一个字符串A长度为6, 那么当比较第7位字符的时候,我们让A[7]为"空字符"。

如果要包含所有的字符似乎并不容易,我们先定义一个字符集, 待排序字符串中的所有字符都包含在这个字符集里

//字符集
private string _myCharSet = "0123456789qwertyuiopasdfghjklzxcvbnm";

再来一个生成随机字符串的方法(C#实现):

private Random _random = new Random();
 
string[] GetRandStrings(int size, int minLength, int maxLength)
{
  string[] strs = new string[size];
  int len = 0;
  StringBuilder sb = new StringBuilder(maxLength);
 
  for (int i = 0; i < strs.Length; i++)
  {
    //先随机确定一个长度
    len = _random.Next(minLength, maxLength);
    for (int j = 0; j < len; j++)
    {
      //随机选取一个字符
      sb.Append(_myCharSet[_random.Next(_myCharSet.Length)]);
    }
    strs[i] = sb.ToString();
    sb.Clear();
  }
  return strs;
}

这里按照字符的整数表示来确定桶的范围,再为"空字符"准备一个桶。 为了表示"空字符"这个特例,这里用default(char),即'\0'表示它, 因为当调用string.ElementAtOrDefault(int)方法时,如果超出索引会返回'\0'。

初级版本(C#)

void StringRadixSort(string[] strArray)
{
  if (strArray == null
    || strArray.Length == 0
    || strArray.Contains(null))
  {
    return;
  }
 
  //获得字符串的最大长度
  int maxLength = 0;
  foreach (string s in strArray)
  {
    if (s.Length > maxLength)
    {
      maxLength = s.Length;
    }
  }
 
  //确定字符的整数范围
  int rangeStart = _myCharSet[0];
  int rangeEnd = _myCharSet[0];
  foreach (char ch in _myCharSet)
  {
    if (ch < rangeStart)
      rangeStart = ch;
    if (ch >= rangeEnd)
      rangeEnd = ch + 1;
  }
 
  //也要为"空字符"分配一个桶,其索引为0
  int bucketCount = rangeEnd - rangeStart + 1;
  LinkedList<string>[] buckets = new LinkedList<string>[bucketCount];
 
  //初始化所有的桶
  for (int i = 0; i < buckets.Length; i++)
  {
    buckets[i] = new LinkedList<string>();
  }
 
  //从最后一个字符开始排序
  int currentIndex = maxLength - 1;
  while (currentIndex >= 0)
  {
    foreach (string theString in strArray)
    {
      //如果超出索引,返回'\0'字符(default(char))
      char ch = theString.ElementAtOrDefault(currentIndex);
      if (ch == default(char))
      {  //"空字符"的处理
        buckets[0].AddLast(theString);
      }
      else
      {  //将字符映射到桶
        int index = ch - rangeStart + 1;
        buckets[index].AddLast(theString);
      }
    }
    //从桶里依次取回字符串,完成一趟排序
    int i = 0;
    foreach (LinkedList<string> bucket in buckets)
    {
      while (bucket.Count > 0)
      {
        strArray[i++] = bucket.First();
        bucket.RemoveFirst();
      }
    }
    currentIndex--;
  }
}

稍作"改良"

用作确定字符的整数范围的代码略显蛋疼,而且根据字符集来看, 并不是区间内所有的整数对应的字符都可能出现,因此会有这样的情况: 我们给某些根本不会出现的字符分配了桶,这纯属浪费。 我们可以用一个字典(散列)来记录字符和它的桶之间的映射。于是有了下面的代码。

private Dictionary<char, int> _charOrderDict = 
        new Dictionary<char, int>(_myCharSet.Length);
void BuildCharOrderDict()
{
  char[] sortedCharSet = _myCharSet.ToArray();
  //使用默认的比较器排序
  Array.Sort(sortedCharSet);
  //为"空字符"单独创建映射
  _charOrderDict.Add(default(char), 0);
  for (int i = 0; i < sortedCharSet.Length; i++)
  {
    // 保存的是字符及其对应的桶的索引
    _charOrderDict.Add(sortedCharSet[i], i + 1);
  }
}

也可以不用默认的字符排序来作为映射,而完全自己定义字符之间的大小关系。 下面是调整后的代码:

void StringRadixSort(string[] strArray)
{
  if (strArray == null
    || strArray.Length == 0
    || strArray.Contains(null))
  {
    return;
  }
  //获得字符串的最大长度
  int maxLength = 0;
  foreach (string s in strArray)
  {
    if (s.Length > maxLength)
    {
      maxLength = s.Length;
    }
  }
 
  //为每一个字符(包括空字符'\0')分配一个桶
  //"空字符"索引应为0
  int bucketCount = _myCharSet.Length + 1;
  LinkedList<string>[] buckets = new LinkedList<string>[bucketCount];
 
  //初始化所有的桶
  for (int i = 0; i < buckets.Length; i++)
  {
    buckets[i] = new LinkedList<string>();
  }
 
  //从最后一个字符开始排序
  int currentIndex = maxLength - 1;
  while (currentIndex >= 0)
  {
    foreach (string theString in strArray)
    {
      //如果超出索引,返回'\0'字符(default(char))
      char ch = theString.ElementAtOrDefault(currentIndex);
      //根据字符顺序的定义查询字符
      int index = _charOrderDict[ch];
      buckets[index].AddLast(theString);
    }
    //从桶里依次取回字符串,完成一趟排序
    int i = 0;
    foreach (LinkedList<string> bucket in buckets)
    {
      while (bucket.Count > 0)
      {
        strArray[i++] = bucket.First();
        bucket.RemoveFirst();
      }
    }
    currentIndex--;
  }
}

Now, it works! 如果采用的快速排序来做, 其时间复杂度为O(n∗logn)O(n∗logn)。表面上看,基数排序更好,不过严格来说, 基数排序的时间复杂度应该是O(k∗n)O(k∗n),其中k和字符串长度正相关。 此时两种算法的比较可以通过比较k和lognlogn的比较结果近似得出。 如果字符串的长度很长,即k很大,而输入规模n不大的时候, 就会有k>lognlogn,此时快速排序反而更有优势。反之,则基数排序可能更优。

最后...

杯具的是,当我扩大字符集,将键盘上所有字符都加进去后, 发现基数排序的结果和Array.Sort(string[]方法的排序结果并不一样。 仔细观察资源管理器对文件名的排序,才发现其字符串排序的规则要复杂的多,并非简单的比较字符。 查询相关资料后发现,字符串的排序甚至还要考虑区域文化的影响,即使都是拉丁字母, 不同地区的排序规则都可能不一样,因此, 使用基数排序实现的字符串排序算法好像并无多大实用价值<T-T>。