为什么Java排序优于原语的计数排序

Question

我正在比较计数排序与 Java 原生 Arrays.sort 的运行时间。从我读过的内容来看，计数排序提供了最佳、平均和最坏情况下的 n+k 运行时间。 Javas Arrays 类型的原语，使用双轴快速排序，是一种基于比较的算法，因此在平均情况下必须提供 O(n log n)，而在最坏情况下提供 On2。

当通过测量对大小范围为 500 到 100k 的一系列数组进行排序所花费的时间（纳秒）来比较两者时，我注意到当大小达到 ~70k 时，计数排序的运行时间急剧增加。

我的理解是计数排序是有效的，只要输入数据的范围不明显大于要排序的元素数 数组是从 0 到 99 之间的随机数构建的，所以 k 总是比 n 小很多。

随着 n 的增加，计数排序会突然退化有什么特别的原因吗？

我的计数排序实现：

public static int[] countSort(int[] arr, int k) {
        /*
         * This will only work on positive integers 0 to K.
         * For negative  worst case testing we use the negative count sort below.
         * 
         * Step 1: Use an array to store the frequency of each element. For array
         * elements 1 to K initialize an array with size K. Step 2: Add elements of
         * count array so each element stores summation of its previous elements. Step
         * 3: The modified count array stores the position of elements in actual sorted
         * array. Step 5: Iterate over array and position elements in correct position
         * based on modified count array and reduce count by 1.
         */

        int[] result = new int[arr.length];
        int[] count = new int[k + 1];
        for (int x = 0; x < arr.length; x++) {
            count[arr[x]]++;
        }

        /*
         * Store count of each element in the count array Count[y] holds the number of
         * values of y in the array 'arr'
         */

        for (int y = 1; y <= k; y++) {
            count[y] += count[y - 1];
        }

        /*
         * Change count[i] so that count[i] now contains actual Position of this element
         * in result array
         */

        for (int i = arr.length - 1; i >= 0; i--) {
            result[count[arr[i]] - 1] = arr[i];
            count[arr[i]]--;
        }

        System.out.println("COUNTSORT SORTED ARRAY = " + Arrays.toString(result));
        return result;

    }

分辨率： 根据@Alex 的建议运行 Counting 排序会产生更优越的运行时间。

Answer 1

只是一个猜测，但您的排序算法使用的内存比 Java 的多。 70k 个整数是 280KB。你需要双倍的空间，超过 512KB。根据所使用的处理器，这可能会在（L1？）缓存中运行排序和有很多缓存未命中之间产生差异。由于您实际上并不需要副本，因此请进行适当的排序。如果你现在碰壁，你就有答案了。

编辑：它是 280KB。

Edit2：昨天很晚，所以这里是就地版本。请注意，它会修改输入数组。

public static int[] countSortRefactored(int[] arr, int k) {
    int[] count = new int[k + 1];
    for (int x = 0; x < arr.length; x++) {
        count[arr[x]]++;
    }

    int idx=0;
    for (int x=0; x<=k; x++) {
        Arrays.fill(arr, idx, idx+=count[x], x);
    }

    System.out.println("COUNTSORT SORTED ARRAY = " + Arrays.toString(arr));
    return arr;
}