程序员必须掌握的十大排序算法（下）

本期导读

排序算法可以说是每个程序员都必须得掌握的了, 弄明白它们的原理和实现很有必要，以下为大家介绍十大常用排序算法的python实现方式，方便大家学习。

01 冒泡排序——交换类排序
02 快速排序——交换类排序

03 选择排序——选择类排序
04 堆排序——选择类排序

05 插入排序——插入类排序

06 希尔排序——插入类排序

07 归并排序——归并类排序

08 计数排序——分布类排序

09 基数排序——分布类排序

10 桶排序——分布类排序

06

希尔排序

希尔排序（Shell Sort）: 是插入排序的一种又称“缩小增量排序”（Diminishing Increment Sort），是直接插入排序算法的一种更高效的改进版本。

算法原理：

• 取一个小于n的整数gap(gap被称为步长)将待排序元素分成若干个组子序列，所有距离为gap的倍数的记录放在同一个组中

• 对各组内的元素进行直接插入排序， 这一趟排序完成之后，每一个组的元素都是有序的

• 减小gap的值，并重复执行上述的分组和排序

• 重复上述操作，当gap=1时，排序结束

代码如下：

'''希尔排序'''
def Shell_Sort(arr):
    # 设定步长,注意类型
    step = int(len(arr) / 2)
    while step > 0:
        for i in range(step, len(arr)):
            # 类似插入排序, 当前值与指定步长之前的值比较, 符合条件则交换位置
            while i >= step and arr[i - step] > arr[i]:
                arr[i], arr[i - step] = arr[i - step], arr[i]
                i -= step
        step = int(step / 2)
    return arr

arr = [29, 63, 41, 5, 62, 66, 57, 34, 94, 22]
result = Shell_Sort(arr)
print('result list: ', result)
# result list: [5, 22, 29, 34, 41, 57, 62, 63, 66, 94]

07

归并排序

归并排序（Merge Sort）：是建立在归并操作上的一种有效，稳定的排序算法，该算法是采用分治法（Divide and Conquer）的一个非常典型的应用，将已有序的子序列合并，得到完全有序的序列。

算法原理：

• 申请空间，使其大小为两个已经排序序列之和，该空间用来存放合并后的序列

• 设定两个索引，最初索引位置分别为两个已经排序序列的起始位置

• 比较两个索引所指向的元素，选择相对小的元素放入到合并空间，并移动索引到下一位置

• 重复上一步骤直到某一索引超出序列尾

• 将另一序列剩下的所有元素直接复制到合并序列尾

  
  

代码如下：

'''归并排序'''def Merge(left, right):
    arr = []
    i = j = 0
    while j < len(left) and  i < len(right):
        if left[j] < right[i]:
            arr.append(left[j])
            j += 1
        else:
            arr.append(right[i])
            i += 1
    if j == len(left):
        # right遍历完
        for k in right[i:]:
            arr.append(k)
    else:
        # left遍历完
        for k in left[j:]:
            arr.append(k)
    return arr

def Merge_Sort(arr):
    # 递归结束条件
    if len(arr) <= 1:
        return arr
    # 二分
    middle = len(arr) // 2
    left = Merge_Sort(arr[:middle])
    right = Merge_Sort(arr[middle:])
    # 合并
    return Merge(left, right)

arr = [27, 70, 34, 65, 9, 22, 47, 68, 21, 18]
result = Merge_Sort(arr)
print(&#39;result list: &#39;, result)
# result list: [9, 18, 21, 22, 27, 34, 47, 65, 68, 70]

08

计数排序

计数排序（Count sort）：是一个非基于比较的排序算法，它的优势在于在对一定范围内的整数排序时，它的复杂度为Ο(n+k)（其中k是整数的范围），快于任何比较排序算法。

算法原理：

• 找出待排序的数组中最大和最小的元素

• 统计数组中每个值为i的元素出现的次数，存入数组C的第i项

• 对所有的计数累加（从C中的第一个元素开始，每一项和前一项相加）

• 反向填充目标数组：将每个元素i放在新数组的第C(i)项，每放一个元素就将C(i)减去1

代码如下：

'''计数排序'''
def Count_Sort(arr):
    max_num = max(arr)
    min_num = min(arr)
    count_num = max_num - min_num + 1
    count_arr = [0 for i in range(count_num)]
    res = [0 for i in range(len(arr))]
    # 统计数字出现的次数
    for i in arr:
        count_arr[i - min_num] += 1
    # 统计前面有几个比自己小的数
    for j in range(1, count_num):
        count_arr[j] = count_arr[j] + count_arr[j - 1]
    # 遍历重组
    for k in range(len(arr)):
        res[count_arr[arr[k] - min_num] - 1] = arr[k]
        count_arr[arr[k] - min_num] -= 1
    return res

arr = [5, 10, 76, 55, 13, 79, 5, 49, 51, 65, 30, 5]
result = Count_Sort(arr)
print('result list: ', result)
# result list: [5, 5, 5, 10, 13, 30, 49, 51, 55, 65, 76, 79]

09

基数排序

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。由于整数也可以表达字符串（比如名字或日期）和特定格式的浮点数，所以基数排序也不是只能使用于整数。

算法原理（以LSD为例）：

• 根据个位数的数值，遍历列表将它们分配至编号0到9的桶子中
  

• 将这些桶子中的数值重新串接起来

• 根据十位数的数值，遍历列表将它们分配至编号0到9的桶子中

• 再将这些桶子中的数值重新串接起来
  

代码如下：

'''基数排序'''
def Radix_Sort(arr):
    max_num = max(arr)
    place = 0
    while 10 ** place <= max_num:
        # 创建桶
        buckets = [[] for _ in range(10)]
        # 分桶
        for item in arr:
            pos = item // 10 ** place % 10
            buckets[pos].append(item)
        j = 0
        for k in range(10):
            for num in buckets[k]:
                arr[j] = num
                j += 1
        place += 1
    return arr

arr = [31, 80, 42, 47, 35, 26, 10, 5, 51, 53]
result = Radix_Sort(arr)
print(&#39;result list: &#39;, result)
# result list: [5, 10, 26, 31, 35, 42, 47, 51, 53, 80]

10

桶排序

桶排序 (Bucket sort)或所谓的箱排序：划分多个范围相同的桶区间，每个桶自排序，最后合并，桶排序可以看作是计数排序的扩展。

算法原理：

• 计算有限桶的数量
  

• 逐个桶内部排序

• 遍历每个桶，进行合并

代码如下：

'''桶排序'''
def Bucket_Sort(arr):
    num = max(arr)
    # 列表置零
    pre_lst = [0] * num
    result = []
    for data in arr:
        pre_lst[data - 1] += 1
    i = 0
    while i < len(pre_lst): # 遍历生成的列表，从小到大
        j = 0
        while j < pre_lst[i]:
            result.append(i + 1)
            j += 1
        i += 1
    return result

arr = [26, 53, 83, 86, 5, 46, 5, 72, 21, 4, 75]
result = Bucket_Sort(arr)
print(&#39;result list: &#39;, result)
# result list: [4, 5, 5, 21, 26, 46, 53, 72, 75, 83, 86]

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