基数排序是一种非比较型整数排序算法,其基本思想是将所有待排序的关键字分配到由若干个桶(或队列)构成的不同“位”的集合中,通常按低位到高位进行处理,逐位处理完成之后再合并,直到最高的有效位处理完毕。该方法主要适用于固定长度的整数数据,并且在处理大量数据时具有较高的效率。
基数排序首先根据最低位(个位)进行分配,即将所有数值按最低位相同放入同一个桶中。例如,对于数字序列 [73, 22, 93, 43, 55, 14, 28, 65],将它们按个位数分配到不同的桶中。
分配完成后,再从各桶中收集这些数值,形成新的序列 [14, 22, 28, 43, 55, 65, 73, 93]。这个过程可以视为将个位数相同的数字排在一起。
重复上述步骤,按十位、百位等更高位进行分配和收集。对于每个更高的位,都会对序列进一步排序。继续以上面的例子为例,如果再考虑十位的顺序,新的顺序可能是 [14, 22, 28, 43, 55, 65, 73, 93](因为个位已经排好序,实际上无需改变序列)。
基数排序的基本时间复杂度为 O(nk),其中 n 是待排序数组的长度,而 k 是数值中各位的最大数目。这是因为每次分配和收集操作的时间都是 O(n) 的,而这个过程需要进行 k 次(即最高位到最低位)。
在实现时,基数排序需要额外的空间来存储各个桶中的数据以及临时的序列。对于 k 位的整数,所需的辅助空间通常为 O(n + k)。
当 k (数据中不同位数的数量) 比 n 小很多时,基数排序具有较高的效率。例如,在处理银行账号、电话号码等固定长度的数字序列时,这种算法尤为适用。
与快速排序、归并排序等基于比较的操作不同,基数排序不需要通过比较来进行排序,因此不受比较次数限制的影响,在某些场景下更加高效。
基数排序只能处理固定长度的整数序列。对于非数字或长度不固定的字符数据,则不适合直接使用该算法进行排序。
当 k(位数)非常大时,分配和收集操作将消耗大量时间,从而影响整体效率。
综上所述,基数排序是一种高效且适用范围有限的排序方法。对于特定类型的数据和问题场景,它能够提供显著的优势。