To represent the sorted array one can just store the first element and the difference between adjacent elements. In this way we are concerned with encoding 10^6 elements that can sum up to at most 10^8. Let's call this D. To encode the elements of D one can use a Huffman code. The dictionary for the Huffman code can be created on the go and the array updated every time a new item is inserted in the sorted array (insertion sort). Note that when the dictionary changes because of a new item the whole array should be updated to match the new encoding.

如果每个唯一元素的数量相等，则编码D中每个元素的平均比特数将最大化。比如元素d1 d2…， dN在D中各出现F次。在这种情况下(最坏的情况是输入序列中同时有0和10^8)我们有

sum（1<=i<=N） F. di = 10^8

在哪里

sum(1<=i<=N) F=10^6，或F=10^6/N，归一化频率将是p= F/10^=1/N

平均比特数为-log2(1/P) = log2(N)。在这种情况下，我们应该找到使n最大化的情况，这发生在di从0开始的连续数，或者di= i-1时

10 ^ 8 =(1 < =我< = N) f . di =(1 < =我< = N) (10 ^ 6 / N)(张)= (10 ^ 6 / N) N (N - 1) / 2

i.e.

N <= 201。在这种情况下，平均比特数是log2(201)=7.6511，这意味着我们将需要大约1字节的每个输入元素来保存排序的数组。注意，这并不意味着D一般不能有超过201个元素。它只是说明，如果D的元素是均匀分布的，那么D的唯一值不可能超过201个。

If it is possible to read the input file more than once (your problem statement doesn't say it can't), the following should work. It is described in Benchley's book "Programming Perls." If we store each number in 8 bytes we can store 250,000 numbers in one megabyte. Use a program that makes 40 passes over the input file. On the first pass it reads into memory any integer between 0 and 249,999, sorts the (at most) 250,000 integers and writes them to the output file. The second pass sorts the integers from 250,000 to 499,999 and so on to the 40th pass, which sorts 9,750,000 to 9,999,999.

在所有可能的输入中，这个问题只有一个解决方案。作弊。

通过TCP读取m个值，其中m接近内存中可排序的最大值，可能是n/4。 对250,000(大约)个数字进行排序并输出。 重复做另外3个四分之三。 让接收方在处理时合并接收到的4个数字列表。(这并不比使用单个列表慢多少。)

如果数字的范围是有限的(只能有2个8位数，或者只有10个不同的8位数)，那么你可以编写一个优化的排序算法。但如果你想对所有可能的8位数进行排序，这在内存那么少的情况下是不可能的。

下面是这类问题的一般解决方案:

一般程序

所采取的方法如下。该算法在一个32位字的缓冲区上操作。它在循环中执行以下过程:

We start with a buffer filled with compressed data from the last iteration. The buffer looks like this |compressed sorted|empty| Calculate the maximum amount of numbers that can be stored in this buffer, both compressed and uncompressed. Split the buffer into these two sections, beginning with the space for compressed data, ending with the uncompressed data. The buffer looks like |compressed sorted|empty|empty| Fill the uncompressed section with numbers to be sorted. The buffer looks like |compressed sorted|empty|uncompressed unsorted| Sort the new numbers with an in-place sort. The buffer looks like |compressed sorted|empty|uncompressed sorted| Right-align any already compressed data from the previous iteration in the compressed section. At this point the buffer is partitioned |empty|compressed sorted|uncompressed sorted| Perform a streaming decompression-recompression on the compressed section, merging in the sorted data in the uncompressed section. The old compressed section is consumed as the new compressed section grows. The buffer looks like |compressed sorted|empty|

执行此过程，直到所有数字都已排序。

压缩

当然，这种算法只有在知道实际要压缩什么之前，才有可能计算出新排序缓冲区的最终压缩大小。其次，压缩算法需要足够好来解决实际问题。

所使用的方法使用三个步骤。首先，算法将始终存储排序序列，因此我们可以只存储连续条目之间的差异。每个差值都在[0,99999999]的范围内。

这些差异随后被编码为一元比特流。这个流中的1表示“向累加器添加1,0表示“将累加器作为一个条目发出，并重置”。所以差N由N个1和1个0表示。

所有差异的和将接近算法支持的最大值，所有差异的计数将接近算法中插入的值的数量。这意味着我们期望流在最后包含最大值1和计数0。这允许我们计算流中0和1的期望概率。即，0的概率为count/(count+maxval)， 1的概率为maxval/(count+maxval)。

我们使用这些概率来定义这个比特流上的算术编码模型。这个算术代码将在最佳空间中精确地编码1和0的数量。我们可以计算该模型对于任何中间位流所使用的空间:bits = encoded * log2(1 + amount / maxval) + maxval * log2(1 + maxval / amount)。若要计算算法所需的总空间，请将encoded设置为amount。

为了不需要大量的迭代，可以向缓冲区添加少量开销。这将确保算法将至少对适合这个开销的数量进行操作，因为到目前为止，算法最大的时间成本是每个周期的算术编码压缩和解压缩。

除此之外，在算术编码算法的定点近似中，存储簿记数据和处理轻微的不准确性是需要一些开销的，但总的来说，即使使用可以包含8000个数字的额外缓冲区，该算法也能够容纳1MiB的空间，总共1043916字节的空间。

最优

除了减少算法的开销外，理论上不可能得到更小的结果。为了仅仅包含最终结果的熵，1011717个字节是必要的。如果我们减去为提高效率而增加的额外缓冲区，该算法使用1011916字节来存储最终结果+开销。

我们有1 MB - 3 KB RAM = 2^23 - 3*2^13位= 8388608 - 24576 = 8364032位可用。

我们给出10^8范围内的10^6个数。这给出了~100 < 2^7 = 128的平均差距

让我们首先考虑一个比较简单的问题，即当所有间距都< 128时，数字间距相当均匀。这很简单。只存储第一个数字和7位空白:

(27位)+ 10^6个7位间隔数=需要7000027位

注意重复的数字间隔为0。

但如果间隔大于127呢?

好吧，让我们直接表示小于127的间隙大小，但是127的间隙大小后面跟着一个连续的8位编码来表示实际的间隙长度:

 10xxxxxx xxxxxxxx                       = 127 .. 16,383
 110xxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx              = 16384 .. 2,097,151

etc.

注意这个数字表示描述了它自己的长度，所以我们知道下一个间隙数何时开始。

对于小于127的小间隙，仍然需要7000027位。

可能有高达(10^8)/(2^7)= 781250个23位的间隙数，需要额外的16* 781250 = 12500,000位，这是太多了。我们需要一个更紧凑和缓慢增加的差距表示。

平均差距大小是100，所以如果我们把它们重新排序 [100, 99, 101, 98, 102，…]， 2, 198, 1, 199, 0, 200, 201, 202，…] 然后用密集的二进制斐波那契基编码索引它，没有对零(例如，11011=8+5+2+1=16)，数字用“00”分隔，然后我认为我们可以保持足够短的差距表示，但它需要更多的分析。