基数排序(Radix Sort)是一种非比较型整数排序算法,其原理是将整数按位数切割成不同的数字,然后按每个位数分别比较,这种算法的优点是它可以处理任意大小的数据集,而且对于某些特殊的数据分布,它的性能甚至优于比较型排序算法。
基数排序的基本思想是将待排序的数按位数切割成不同的数字,然后按每个位数分别比较,具体步骤如下:
1. 确定待排序数中最大的位数。
2. 将待排序数按最大位数进行切割,得到n个子序列,每个子序列中的元素都在一个特定的位数上有所不同。
3. 对每个子序列进行计数排序。
4. 按照最大位数的大小关系,依次合并各个子序列。
下面我们来详细介绍一下基数排序的实现过程。
我们需要确定待排序数中最大的位数,这可以通过不断地将待排序数除以10来实现,直到商为0为止,对于待排序数123456789,我们可以执行以下操作:
num = 123456789 max_digit = 0 while num > 0: num //= 10 max_digit += 1
得到最大位数为9,接下来,我们需要将待排序数按最大位数进行切割,得到n个子序列,对于待排序数123456789,我们可以得到以下子序列:
- 123456789(最大位数为9)
- 1234567(最大位数为8)
- 12345(最大位数为7)
- 123(最大位数为6)
- 12(最大位数为5)
- 1(最大位数为4)
- 0(最大位数为3)
- 0(最大位数为2)
- 0(最大位数为1)
- 0(最大位数为0)
接下来,我们需要对每个子序列进行计数排序,计数排序的基本思想是统计每个数位上的数字出现的次数,然后按照次数重新排列元素,对于上述子序列,我们可以执行以下操作:
def counting_sort(arr): max_digit = max_digits[len(arr)] + 1 count = [0] * max_digit output = [0] * len(arr) for i in range(len(arr)): index = arr[i] // max_digits[i] count[index] += 1 for i in range(1, max_digit): count[i] += count[i - 1] i = len(arr) - 1 while i >= 0: index = arr[i] // max_digits[i] output[count[index] - 1] = arr[i] count[index] -= 1 i -= 1 return output
我们需要按照最大位数的大小关系,依次合并各个子序列,对于上述子序列,我们可以执行以下操作:
def merge_sort(arr): if len(arr) <= 1: return arr mid = len(arr) // 2 left = merge_sort(arr[:mid]) right = merge_sort(arr[mid:]) i = j = k = 0 while i < len(left) and j < len(right): if left[i] < right[j]: arr[k] = left[i] i += 1 else: arr[k] = right[j] j += 1 k += 1 while i < len(left): arr[k] = left[i] i += 1 k += 1 while j < len(right): arr[k] = right[j] j += 1 k += 1 return arr
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