Python中的桶排序算法

2024 年 03 月 21 日

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桶排序（Bucket Sort）是排序算法之一，适用于分布均匀的数据序列。该算法的工作原理是将数组分到有限数量的桶里，然后对每个桶分别排序（有可能再使用别的排序算法或是以递归方式继续使用桶排序进行排序），最后将各个桶中的数据有序合并。桶排序下面是一个桶排序的实现，这里我们假设待排序的数据分布在[0, 1)区间。

Python中的桶排序示例

以下是一个简单的桶排序算法实现，用于对0到1之间的浮点数进行排序：

def bucket_sort(arr):
    # 创建桶数组
    buckets = [[] for _ in range(len(arr))]

    # 将数组中的数分配到桶中
    for x in arr:
        index = int(x * len(arr))  # 计算元素应位于的桶
        buckets[index].append(x)   # 将元素添加到对应的桶中

    # 对每个桶进行排序
    for bucket in buckets:
        bucket.sort()  # 您可以选择使用不同的排序算法

    # 合并桶中的元素到原始数组
    sorted_arr = []
    for bucket in buckets:
        sorted_arr.extend(bucket)

    return sorted_arr

# 示例数据
data = [0.42, 0.32, 0.23, 0.52, 0.25, 0.47, 0.51]
sorted_data = bucket_sort(data)
print('Sorted array:', sorted_data)

在上述代码中，我们首先初始化了一个桶数组，数组的长度等于原数组的长度。接着，将原数组中的每个数字乘以桶的数量（这里等于数组的长度）并取整，以此作为桶的索引，将元素放入对应的桶中。之后，遍历每个桶，使用Python自带的快速排序算法 list.sort()进行排序。最后，我们将所有桶中的元素合并起来，形成最终的排序数组。

桶排序的复杂度分析

桶排序在最佳情况下的时间复杂度为O(n+k)，其中n是待排序元素数，k是桶的数目。而在最坏情况下，如果所有元素都分配到同一个桶中，其时间复杂度接近O(n²)。桶排序的空间复杂度为O(n+k)，因为需要额外空间来创建桶并存储元素。它是一种适用于特殊情况下的排序算法，特别是当需要排序的数据可以均匀、独立地分布在一个范围内时。