基数排序,含python代码和视频演示

本文深入解析基数排序算法,包括从最低位优先(LSD)和最高位优先(MSD)两种方式,通过Python代码示例展示排序过程,并分析其时间复杂度为O(n)。

转载自:https://procjx.github.io/2020/03/07/%E3%80%90%E7%AE%97%E6%B3%95%E3%80%91%E5%9F%BA%E6%95%B0%E6%8E%92%E5%BA%8F-Radix-Sort/

算法介绍

基数排序,从左或从依次取出数列中每个数的每个数位上的数,根据取出的数,依次放到对应键值的块的最后面,然后按键值大小取出所有块,作为数列的新顺序,不断重复直到取出数列中所有数的所有数位上的数,最终的数列即为排好序的数列。
基数排序按取数方向分为两种:从左取每个数列上的数,为最高位优先(Most Significant Digit first, MSD);从右取每个数列上的数,为最低位优先(Least Significant Digit first, LSD)
下列以LSD为例。

视频演示

视频地址:https://www.bilibili.com/video/av18980653

python代码

#-*- coding: utf-8 -*-

# 升序
def radix_sort(data):
    max_data = max(data)
    bias = 1

    # 找完最大数的最高位
    while max_data//bias > 0:
        key_dict={}
        for d in data:
            key = int(data[i] // bias) % 10 # 依次取出个、十、百……位数
            if key not in key_dict:
                key_dict[key] = []
            key_dict[key].append(d)
        data = []
        for key in range(10):
            if key in key_dict:
                data.extend(key_dict[key])
        bias *= 10
    return data

if __name__ == '__main__':
    data = [170, 45, 90, 802, 24, 2, 66]
    sorted_data = radix_sort(data.copy())
    print("排序前:", data)
    print("排序后:", sorted_data)

算法分析

基数排序的时间复杂度为O(n)

注:虽然基数排序时间复杂度为O(n),优于快速排序的O(nlogn),但是实际使用哪个算法时,不能简单看时间复杂度,要把各种常数k都算进来。

### Python 基数排序可视化实现 基数排序是一种非比较型整数排序算法,适用于位数较少的大范围数值排序。为了更好地理解这一过程,可以利用 `matplotlib` 或者更美观的 `seaborn` 来创建动画效果展示每一步的变化情况。 下面是一个简单的例子来演示如何使用Python中的`matplotlib.animation.FuncAnimation`函数配合基数排序逻辑制作动态图表[^3]: ```python import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt from matplotlib.animation import FuncAnimation def counting_sort_for_radix(array, exp): n = len(array) output = [0] * n count = [0] * 10 for i in range(n): index = array[i] // exp count[index % 10] += 1 for i in range(1, 10): count[i] += count[i - 1] i = n - 1 while i >= 0: index = array[i] // exp output[count[index % 10] - 1] = array[i] count[index % 10] -= 1 i -= 1 for i in range(len(array)): array[i] = output[i] def radixsort_animation(arr): fig, ax = plt.subplots() bars = ax.bar(range(len(arr)), arr) def animate(exp): nonlocal arr counting_sort_for_radix(arr, exp) for bar, height in zip(bars, arr): bar.set_height(height) anim = FuncAnimation(fig, animate, frames=[1, 10, 100], repeat=False) plt.show() # 测试数据 arr = list(np.random.randint(1, 999, size=20)) radixsort_animation(arr) ``` 此段代码定义了一个名为`counting_sort_for_radix()`的帮助方法用于处理每一位上的计数排序操作,并通过调用该帮助器完成整个基数排序流程。最后借助于`FuncAnimation`类实现了图形界面下的逐步更新显示。
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