基数排序、桶排序和计数排序的区别

基数排序、桶排序和计数排序的区别1 桶排序 BucketSort 基本思路是 将待排序元素划分到不同的痛 先扫描一遍序列求出最大值 maxV 和最小值 minV 设桶的个数为 k 则把区间 minV maxV 均匀划分成 k 个区间 每个区间就是一个桶 将序列中的元素分配到各自的桶 对每个桶内的元素进行排序 可以选择任意一种排序算法 将各个桶中的元素合并成一个大的有序序列 假设数据是均匀分

1.桶排序(Bucket Sort)

基本思路是:

  1.  将待排序元素划分到不同的痛。先扫描一遍序列求出最大值 maxV 和最小值 minV ,设桶的个数为 k ,则把区间 [minV, maxV] 均匀划分成 k 个区间,每个区间就是一个桶。将序列中的元素分配到各自的桶。
  2. 对每个桶内的元素进行排序。可以选择任意一种排序算法。
  3.  将各个桶中的元素合并成一个大的有序序列。
  4. 假设数据是均匀分布的,则每个桶的元素平均个数为 n/k 。假设选择用快速排序对每个桶内的元素进行排序,那么每次排序的时间复杂度为 O(n/klog(n/k)) 。总的时间复杂度为 O(n)+O(k)O(n/klog(n/k)) = O(n+nlog(n/k)) = O(n+nlogn-nlogk 。当 k 接近于 n 时,桶排序的时间复杂度就可以金斯认为是 O(n) 的。即桶越多,时间效率就越高,而桶越多,空间就越大。

2.计数排序(Counting Sort)

是一种O(n)的排序算法,其思路是开一个长度为 maxValue-minValue+1 的数组,然后

  1. 分配。扫描一遍原始数组,以当前值- minValue 作为下标,将该下标的计数器增1。
  2. 收集。扫描一遍计数器数组,按顺序把值收集起来。

计数排序本质上是一种特殊的桶排序,当桶的个数最大的时候,就是计数排序。

3.基数排序

  1. 第一次排序,个位,000 123 045 386 106,无任何变化
  2. 第二次排序,十位,000 106 123 045 386
  3. 第三次排序,百位,000 045 106 123 386
  4. 最终结果,0, 45, 106, 123, 386, 排序完成。
  • 为什么同一数位的排序子程序要用稳定排序?因为稳定排序能将上一次排序的成果保留下来。例如十位数的排序过程能保留个位数的排序成果,百位数的排序过程能保留十位数的排序成果。能不能用2进制?能,可以把待排序序列中的每个整数都看成是01组成的二进制数值。那这样的话,岂不是任意一个非负整数序列都可以用基数排序算法?理论上是的,假设待排序序列中最大整数为2 4 . 1,则最大位数 d=64 ,时间复杂度为 O(64n) 。可见任意一个非负整数序列都可以在线性时间内完成排序。
  • 既然任意一个非负整数序列都可以在线性时间内完成排序,那么基于比较排序的算法有什么意义呢?基于比较的排序算法,时间复杂度是 O(nlogn) ,看起来比 O(64n) 慢,仔细一想,其实不是, O(nlogn) 只有当序列非常长,达到2 个元素的时候,才会与 O(64n) 相等,因此,64这个常数系数太大了,大部分时候, n 远远小于2 ,基于比较的排序算法还是比 O(64n) 快的。
  • 当使用2进制时, k=2 最小,位数 d 最大,时间复杂度 O(nd) 会变大,空间复杂度 O(n+k) 会变小。当用最大值作为基数时, k=maxV 最大, d=1 最小,此时时间复杂度 O(nd) 变小,但是空间复杂度 O(n+k) 会急剧增大,此时基数排序退化成了计数排序。

先比较时间复杂度和空间复杂度。

  • 首先,基数排序和计数排序都可以看作是桶排序。
  • 计数排序本质上是一种特殊的桶排序,当桶的个数取最大( maxV-minV+1 )的时候,就变成了计数排序。
  • 基数排序也是一种桶排序。桶排序是按值区间划分桶,基数排序是按数位来划分;基数排序可以看做是多轮桶排序,每个数位上都进行一轮桶排序。
  • 当用最大值作为基数时,基数排序就退化成了计数排序。
  • 当使用2进制时, k=2 最小,位数 d 最大,时间复杂度 O(nd) 会变大,空间复杂度 O(n+k) 会变小。当用最大值作为基数时, k=maxV 最大, d=1 最小,此时时间复杂度 O(nd) 变小,但是空间复杂度 O(n+k) 会急剧增大,此时基数排序退化成了计数排序。
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