算法简析之希尔排序

简析


概念

希尔排序(Shell Sort) 希尔排序的实质就是分组插入排序,该方法又称缩小增量排序。

原理

  1. 先将整个待排元素序列分割成若干个子序列(由相隔某个“增量”的元素组成的)分别进行直接插入排序

  2. 依次缩减增量再进行排序,待整个序列中的元素基本有序(增量足够小)时,再对全体元素进行一次直接插入排序。

  3. 当步长的值减小到 1 时,整个数据合成为一组,构成一组有序记录,则完成排序。


范例(java)

初始时,有一个大小为 10 的无序序列{9,1,2,5,7,4,8,6,5,3}。

在第一趟排序中,我们不妨设 gap1 = N / 2 = 5,即相隔距离为 5 的元素组成一组,可以分为 5 组

{9,4},{1,8},{2,6},{5,5},{7,3}

接下来,按照直接插入排序的方法对每个组进行排序

{4,9},{1,8},{2,6},{5,5},{3,7}

排序后位置交换原数组 {4,1,2,5,3,9,8,6,5,7}

在第二趟排序中,我们把上次的 gap 缩小一半,即 gap2 = gap1 / 2 = 2 (取整数)。这样每相隔距离为 2 的元素组成一组,可以分为 2 组。

{4,2,3,8,5},{1,5,9,6,7}

按照直接插入排序的方法对每个组进行排序。

{2,3,4,5,8},{1,5,6,7,9}

排序后位置交换原数组 {2,1,3,5,4,6,5,7,8,9}

在第三趟排序中,再次把 gap 缩小一半,即gap3 = gap2 / 2 = 1。 这样相隔距离为 1 的元素组成一组,即只有一组。

{2,1,3,5,4,6,5,7,8,9}

按照直接插入排序的方法对每个组进行排序。此时,排序已经结束。

{1,2,3,4,5,5,6,7,8,9}

需要注意一下的是,图中有两个相等数值的元素 5 和 5 。我们可以清楚的看到,在排序过程中,两个元素位置交换了。
所以,希尔排序是不稳定的算法


概念代码

public static void main(String[] args) {
    int[] arr = {9, 1, 2, 5, 7, 4, 8, 6, 5, 3};
    int i, j, gap;
    int m = 1;//输出gap步数
    int count = arr.length;
    for (gap = count / 2; gap > 0; gap /= 2) { //步长
        for (i = 0; i < gap; i++) {//直接插入排序
            for (j = i + gap; j < count; j += gap)
                if (arr[j] < arr[j - gap]) {
                    int temp = arr[j];
                    int k = j - gap;
                    while (k >= 0 && arr[k] > temp) {
                        arr[k + gap] = arr[k];
                        k -= gap;
                    }
                    arr[k + gap] = temp;
                }
        }

        System.out.print("第" + m + "次排序结果:");
        for (int anArr : arr) {
            System.out.print(anArr + "\t");
        }
        System.out.println("");
        m++;
    }

    System.out.print("最终排序结果:");
    for (int anArr : arr) {
        System.out.print(anArr + "\t");
    }
}
1
2
3
4
第1次排序结果:4	1	2	5	3	9	8	6	5	7	
第2次排序结果:2 1 3 5 4 6 5 7 8 9
第3次排序结果:1 2 3 4 5 5 6 7 8 9
最终排序结果:1 2 3 4 5 5 6 7 8 9