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C++实现计数排序的稳定版算法 _ 累计频率表与反向填充逻辑【源码】

夏晨姑娘_2198

夏晨姑娘_2198

发布时间:2026-05-06 17:24:17

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来源于php中文网

原创

标准计数排序默认不稳定,因其原始实现中count数组仅记录频次,正向遍历输入时相同元素的相对顺序被破坏;稳定性需通过累计频率表+反向遍历实现,确保后出现的相同元素填入输出数组更靠后位置。

c++实现计数排序的稳定版算法 _ 累计频率表与反向填充逻辑【源码】

为什么标准计数排序默认不稳定

计数排序的原始实现中,count 数组只记录每个值的出现次数,填充输出数组时若按正向遍历输入,相同元素的相对顺序会被打乱。比如输入 [2, 1, 2, 0],两个 2 的先后关系在简单累加后无法保留——本质是没区分“第几个 2”。稳定性的关键在于:**必须让后出现的相同元素,填到输出数组中更靠后的位置**。

用累计频率表 + 反向遍历输入实现稳定

核心思路是把 count 数组转为“小于等于该值的元素总数”,即累计频率(cumulative count),再从输入数组末尾开始处理:

  • 先构建 count:统计每个键值的频次,下标对应键值(要求键值范围小且非负)
  • 再原地转换为累计频率:count[i] += count[i-1](i 从 1 开始),此时 count[i] 表示值 ≤ i 的元素个数
  • 反向遍历输入数组 arr:对每个 arr[j],取 count[arr[j]] - 1 作为其在 output 中的索引,填入后执行 count[arr[j]]--

这个 -- 操作保证了下次遇到相同值时,会填到前一个位置,从而维持输入中靠后的元素在输出中也靠后。

C++ 实现要点与边界处理

实际写 C++ 版本时,容易忽略三个细节:

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C++14 对 C++11 的修正与增强版本,适合旧系统维护和较老工具链兼容。

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  • count 数组大小必须覆盖 [0, max_val] 全区间,不能只开 max_val + 1 就完事——如果输入含 0,下标 0 必须合法
  • 累计频率转换时,循环起始必须是 i = 1,否则 count[0] 会被错误叠加;且需确保 count 已初始化为 0
  • 反向填充时,count[val] - 1 是当前可用的最后一个位置,填完立刻 count[val]--,不可颠倒顺序

示例关键片段:

int max_val = *max_element(arr.begin(), arr.end());
vector<int> count(max_val + 1, 0);
for (int x : arr) count[x]++;
for (int i = 1; i <= max_val; i++) count[i] += count[i-1];
vector<int> output(arr.size());
for (int i = arr.size() - 1; i >= 0; i--) {
    int val = arr[i];
    output[count[val] - 1] = val;
    count[val]--;
}

当输入含负数或范围过大怎么办

原生计数排序不支持负数,因为数组下标不能为负。常见应对方式有两种:

  • 偏移法:找出最小值 min_val,所有数减去它,使最小值变为 0;排序后再加回。但要求 max_val - min_val 仍可控(比如几千以内)
  • 放弃计数排序:若值域达 1e9 级别,空间和初始化成本爆炸,应换用 std::stable_sort 或基数排序(radix sort)

另外,C++ 标准库没有内置计数排序,std::sort 是不稳定的,std::stable_sort 底层可能是归并,时间复杂度 O(n log n),和计数排序的 O(n + k) 不在一个量级——选哪个,取决于你手上的 k(值域跨度)到底有多大。

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