桶排序的进阶应用:对浮点数进行排序
字数 694 2025-10-28 11:34:06
桶排序的进阶应用:对浮点数进行排序
题目描述:设计一个算法对范围在[0,1)内的n个均匀分布的浮点数进行排序,要求平均时间复杂度为O(n)。
解题过程:
- 问题分析:
- 输入是n个在[0,1)区间内均匀分布的浮点数
- 常规比较排序算法的时间复杂度下界是O(n log n)
- 桶排序在数据分布均匀时可以达到O(n)的平均时间复杂度
- 算法设计:
- 创建n个桶(链表或数组),每个桶负责一个小区间
- 将[0,1)区间平均分成n个小区间,第i个桶负责区间[i/n, (i+1)/n)
- 遍历数组,将每个元素放入对应的桶中
- 对每个非空桶内的元素进行排序(可使用插入排序)
- 按顺序将各个桶中的元素合并
-
具体步骤:
步骤1:初始化n个空桶
步骤2:将每个元素乘以n,取整数部分作为桶索引
步骤3:将元素放入对应桶中
步骤4:对每个桶内的元素进行插入排序
步骤5:按桶顺序连接所有元素 -
时间复杂度分析:
- 分配阶段:O(n)
- 每个桶的排序:由于数据均匀分布,每个桶内元素数量接近1,插入排序为O(1)
- 合并阶段:O(n)
- 总平均时间复杂度:O(n)
-
示例演示:
输入:[0.23, 0.45, 0.12, 0.89, 0.67],n=5
桶分配:
桶0:[0,0.2):0.12
桶1:[0.2,0.4):0.23
桶2:[0.4,0.6):0.45
桶3:[0.6,0.8):0.67
桶4:[0.8,1.0):0.89
排序后直接连接得到有序数组 -
关键点:
- 数据必须均匀分布才能保证性能
- 桶的数量选择很重要,通常等于元素个数
- 对每个桶使用插入排序是因为桶内元素较少时效率高