下面是我对计数排序算法的详细讲解,包括它的作用、使用方法以及两条示例说明。
1. 什么是计数排序
计数排序是一种非比较型的排序算法,它可以用来排序一组元素,这组元素由整数(可能带有重复值)构成,所以计数排序只适用于输入元素范围比较小的情况。实际应用中,计数排序经常被用来解决桶排序的一些问题。
计数排序的作用是通过统计每个元素出现的次数,来确定每个元素在最终排序序列中的位置。具体而言,计数排序的实现步骤如下:
- 统计每个元素值出现的次数
- 对于出现次数大于 1 的元素,可以考虑按照出现的次数将元素展开成多个条目
- 对取值范围进行累加,得到元素位置的信息
- 新建一个空序列,按照元素位置将其填充
2. 计数排序的使用方法
计数排序的使用方法如下:
- 确定数列的最大值和最小值
- 统计数列中每个值出现的次数
- 对统计的次数进行累加
- 反向填充目标数组
- 输出目标数组
下面是示例代码:
def counting_sort(nums):
# 找到数列中的最大值和最小值
max_num = max(nums)
min_num = min(nums)
# 统计每个元素出现的次数
count = [0] * (max_num - min_num + 1)
for num in nums:
count[num - min_num] += 1
# 对统计的次数进行累加
for i in range(1, len(count)):
count[i] += count[i - 1]
# 反向填充目标数组
result = [0] * len(nums)
for num in reversed(nums):
result[count[num - min_num] - 1] = num
count[num - min_num] -= 1
return result
3. 计数排序的示例说明
下面是两个计数排序的示例:
示例一
给定一个数组 [3, 1, 4, 3, 2, 3, 2, 1, 2]
,我们可以使用计数排序对其进行排序。首先,最小值是 1,最大值是 4。我们可以建立一个计数数组 count
,用来存储每个数出现的次数:
count = [2, 3, 3, 1]
这样,数组中每个数出现的次数都已经统计出来了。然后我们需要把 count
数组中的值累加起来:
count = [2, 5, 8, 9]
接下来,我们反向遍历数组,并根据统计的次数将数字填充到 result
中:
count = [1, 1, 3, 3, 2, 2, 2, 1, 1]
result = [1, 1, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 4]
至此,我们已经成功地对数组进行了排序。
示例二
给定一个数组 [9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1]
,我们同样可以使用计数排序对其进行排序。计数排序的主要优点是其时间复杂度不依赖于输入数据的情况,因为无论输入的如何,我们都需要扫描输入数组一遍。
counting_sort([9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1])
输出结果为:[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
。