我有一个带有浮点类型字段的数据结构。这些结构的集合需要按浮点值排序。是否有一个基数排序实现。
如果没有，是否有快速访问指数、符号和尾数的方法。因为如果您首先根据尾数、指数和指数对浮点数进行排序。您在 O(n) 中对浮点数进行排序。
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更新：
我对这个话题很感兴趣，所以我坐下来实现它（使用这个非常快速且内存保守的实现）。我还阅读了这篇文章（感谢celion），发现您甚至不必将浮点数拆分为尾数和指数来对其进行排序。您只需要一对一地获取位并执行 int 排序。您只需要关心负值，必须在算法结束时将其反向放在正值之前（我在算法的最后一次迭代中一步完成以节省一些 CPU 时间）。
所以这是我的浮点基数排序：
public static float[] RadixSort(this float[] array)
{
// temporary array and the array of converted floats to ints
int[] t = new int[array.Length];
int[] a = new int[array.Length];
for (int i = 0; i < array.Length; i++)
a[i] = BitConverter.ToInt32(BitConverter.GetBytes(array[i]), 0);
// set the group length to 1, 2, 4, 8 or 16
// and see which one is quicker
int groupLength = 4;
int bitLength = 32;
// counting and prefix arrays
// (dimension is 2^r, the number of possible values of a r-bit number)
int[] count = new int[1 << groupLength];
int[] pref = new int[1 << groupLength];
int groups = bitLength / groupLength;
int mask = (1 << groupLength) - 1;
int negatives = 0, positives = 0;
for (int c = 0, shift = 0; c < groups; c++, shift += groupLength)
{
// reset count array
for (int j = 0; j < count.Length; j++)
count[j] = 0;
// counting elements of the c-th group
for (int i = 0; i < a.Length; i++)
{
count[(a[i] >> shift) & mask]++;
// additionally count all negative
// values in first round
if (c == 0 && a[i] < 0)
negatives++;
}
if (c == 0) positives = a.Length - negatives;
// calculating prefixes
pref[0] = 0;
for (int i = 1; i < count.Length; i++)
pref[i] = pref[i - 1] + count[i - 1];
// from a[] to t[] elements ordered by c-th group
for (int i = 0; i < a.Length; i++){
// Get the right index to sort the number in
int index = pref[(a[i] >> shift) & mask]++;
if (c == groups - 1)
{
// We're in the last (most significant) group, if the
// number is negative, order them inversely in front
// of the array, pushing positive ones back.
if (a[i] < 0)
index = positives - (index - negatives) - 1;
else
index += negatives;
}
t[index] = a[i];
}
// a[]=t[] and start again until the last group
t.CopyTo(a, 0);
}
// Convert back the ints to the float array
float[] ret = new float[a.Length];
for (int i = 0; i < a.Length; i++)
ret[i] = BitConverter.ToSingle(BitConverter.GetBytes(a[i]), 0);
return ret;
}
它比 int 基数排序稍慢，因为在函数的开头和结尾复制数组，其中浮点数按位复制到 int 并返回。尽管如此，整个函数还是 O(n)。无论如何，都比您建议的连续排序 3 次要快得多。我再也看不到优化的空间了，但是如果有人这样做：请随时告诉我。
要降序排序，请在最后更改此行：
ret[i] = BitConverter.ToSingle(BitConverter.GetBytes(a[i]), 0);
对此：
ret[a.Length - i - 1] = BitConverter.ToSingle(BitConverter.GetBytes(a[i]), 0);
测量：
我设置了一些简短的测试，包含浮点数的所有特殊情况（NaN、+/-Inf、Min/Max 值、0）和随机数。它排序与 Linq 完全相同的顺序或对Array.Sort浮点数进行排序：
NaN -> -Inf -> Min -> Negative Nums -> 0 -> Positive Nums -> Max -> +Inf
因此，我使用大量 10M 数字进行了测试：
float[] test = new float[10000000];
Random rnd = new Random();
for (int i = 0; i < test.Length; i++)
{
byte[] buffer = new byte[4];
rnd.NextBytes(buffer);
float rndfloat = BitConverter.ToSingle(buffer, 0);
switch(i){
case 0: { test[i] = float.MaxValue; break; }
case 1: { test[i] = float.MinValue; break; }
case 2: { test[i] = float.NaN; break; }
case 3: { test[i] = float.NegativeInfinity; break; }
case 4: { test[i] = float.PositiveInfinity; break; }
case 5: { test[i] = 0f; break; }
default: { test[i] = test[i] = rndfloat; break; }
}
}
并停止了不同排序算法的时间：
Stopwatch sw = new Stopwatch();
sw.Start();
float[] sorted1 = test.RadixSort();
sw.Stop();
Console.WriteLine(string.Format("RadixSort: {0}", sw.Elapsed));
sw.Reset();
sw.Start();
float[] sorted2 = test.OrderBy(x => x).ToArray();
sw.Stop();
Console.WriteLine(string.Format("Linq OrderBy: {0}", sw.Elapsed));
sw.Reset();
sw.Start();
Array.Sort(test);
float[] sorted3 = test;
sw.Stop();
Console.WriteLine(string.Format("Array.Sort: {0}", sw.Elapsed));
输出是（更新：现在运行发布版本，而不是调试）：
RadixSort: 00:00:03.9902332
Linq OrderBy: 00:00:17.4983272
Array.Sort: 00:00:03.1536785
大约是 Linq 的四倍多。这还不错。但仍然没有那么快Array.Sort，但也没有那么糟糕。但我真的对此感到惊讶：我预计它在非常小的阵列上会比 Linq 稍微慢一些。但后来我只用 20 个元素进行了测试：
RadixSort: 00:00:00.0012944
Linq OrderBy: 00:00:00.0072271
Array.Sort: 00:00:00.0002979
甚至这次我的 Radixsort 比 Linq 快，但比数组排序慢。:)
更新 2：
我进行了更多测量并发现了一些有趣的事情：更长的组长度常数意味着更少的迭代和更多的内存使用。如果您使用 16 位的组长度（仅 2 次迭代），则在对小型数组进行排序时会产生巨大的内存开销，但Array.Sort如果涉及到大于约 100k 个元素的数组，即使不是很多，您也可以击败。图表轴都是对数化的：
（来源：daubmeier.de）
于 2010-04-21T17:29:50.003 回答
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关于如何对浮点数执行基数排序有一个很好的解释：http: //www.codercorner.com/RadixSortRevisited.htm
如果您的所有值都是正数，则可以使用二进制表示法；该链接解释了如何处理负值。
于 2010-04-21T18:06:28.573 回答
2
通过做一些花哨的转换和交换数组而不是复制这个版本，对于 10M 数字，此版本的速度是 Philip Daubmeiers 原始的 2 倍，grouplength 设置为 8。对于该数组大小，它比 Array.Sort 快 3 倍。
static public void RadixSortFloat(this float[] array, int arrayLen = -1)
{
// Some use cases have an array that is longer as the filled part which we want to sort
if (arrayLen < 0) arrayLen = array.Length;
// Cast our original array as long
Span<float> asFloat = array;
Span<int> a = MemoryMarshal.Cast<float, int>(asFloat);
// Create a temp array
Span<int> t = new Span<int>(new int[arrayLen]);
// set the group length to 1, 2, 4, 8 or 16 and see which one is quicker
int groupLength = 8;
int bitLength = 32;
// counting and prefix arrays
// (dimension is 2^r, the number of possible values of a r-bit number)
var dim = 1 << groupLength;
int groups = bitLength / groupLength;
if (groups % 2 != 0) throw new Exception("groups must be even so data is in original array at end");
var count = new int[dim];
var pref = new int[dim];
int mask = (dim) - 1;
int negatives = 0, positives = 0;
// counting elements of the 1st group incuding negative/positive
for (int i = 0; i < arrayLen; i++)
{
if (a[i] < 0) negatives++;
count[(a[i] >> 0) & mask]++;
}
positives = arrayLen - negatives;
int c;
int shift;
for (c = 0, shift = 0; c < groups - 1; c++, shift += groupLength)
{
CalcPrefixes();
var nextShift = shift + groupLength;
//
for (var i = 0; i < arrayLen; i++)
{
var ai = a[i];
// Get the right index to sort the number in
int index = pref[( ai >> shift) & mask]++;
count[( ai>> nextShift) & mask]++;
t[index] = ai;
}
// swap the arrays and start again until the last group
var temp = a;
a = t;
t = temp;
}
// Last round
CalcPrefixes();
for (var i = 0; i < arrayLen; i++)
{
var ai = a[i];
// Get the right index to sort the number in
int index = pref[( ai >> shift) & mask]++;
// We're in the last (most significant) group, if the
// number is negative, order them inversely in front
// of the array, pushing positive ones back.
if ( ai < 0) index = positives - (index - negatives) - 1; else index += negatives;
//
t[index] = ai;
}
void CalcPrefixes()
{
pref[0] = 0;
for (int i = 1; i < dim; i++)
{
pref[i] = pref[i - 1] + count[i - 1];
count[i - 1] = 0;
}
}
}
于 2019-02-22T13:23:55.627 回答
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您可以使用unsafe块来 memcpy 或别名 afloat *来uint *提取位。
于 2010-04-21T18:21:34.333 回答
0
我认为如果值不是太接近并且有合理的精度要求，您最好使用小数点前后的实际浮点数进行排序。
例如，您可以只使用前 4 位小数（无论是否为 0）进行排序。
于 2010-04-21T17:18:21.933 回答