算法学习记录008_希尔排序-优快云博客

本文详细介绍了希尔排序的交换法和移动法两种实现方式，通过示例代码展示了如何对数组进行多轮间隔排序，最终达到快速排序的效果。交换法通过不断调整间隔逐步排序，而移动法则采用插入排序的思想对每个间隔内的元素进行排序。希尔排序的时间复杂度分析和性能比较也在文中有所提及。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

一、java版本

package com.study.data.structures.sort;

import java.util.Arrays;

/**
 * 希尔排序
 * 交换法：
 * 以长度为10的数组int[] arr = {9, 4, 6, 1, 5, 11, 32, 12, 8, -3};为例子
 * 第一步：
 * step=10/2，将数组分为5个部分，每个部分各个元素之间下标间隔为5。
 * 即index=0与index=5，index=1与index=6，index=2与index=7，index=3与index=8，index=4与index=9
 * 让上述各个部分的元素通过冒泡排序从而实现从小到大进排序，
 * //第一个for控制循环次数
 * int temp=0;
 * for(int i=5;i<arr.length;i++){
 * //第二个for实现各个部分之间的冒泡交换
 * for(int j=i-5;j>=0;j-=5){
 * if(arr[j]>arr[j+5]){
 * temp=arr[j];
 * arr[j]=arr[j+5];
 * arr[j+5]=temp;
 * }
 * }
 * }
 * <p>
 * 第二个for循环为什么要用这种递减的方式呢？
 * 这种方式符合在这个地方实现冒泡排序。
 * 例如：
 * i=5,j=0时，index=0和index=5进行排序
 * i=6,j=1时，index=1和index=6进行排序
 * i=7,j=2时，index=2和index=7进行排序
 * i=8,j=3时，index=3和index=8进行排序
 * i=9,j=4时，index=4和index=9进行排序
 * <p>
 * 得到如下结果
 * {9,4,6,1,-3,11,32,12,8,5}
 * <p>
 * <p>
 * <p>
 * 第二步：
 * step=第一步的step/2=5/2=2,将{9,4,6,1,-3,11,32,12,8,5}分为2个部分，每个部分各个元素之间下标间隔为2。
 * 即index=0,2,4,6,8与index=1,3,5,7,9
 * 让上述各个部分的元素通过冒泡排序从而实现从小到大进排序。
 * for(int i=2;i<arr.length;i++){
 * for(int j=i-2;j>=0;j-=2){
 * if(arr[j]>arr[j+2]){
 * temp=arr[j]
 * arr[j]=arr[j+2]
 * arr[j+2]=temp
 * }
 * }
 * }
 * 第二个for循环为什么要用这种递减的方式呢？
 * 这种方式符合在这个地方实现冒泡排序。
 * 例如：
 * i=2,j=0时，index=0和index=2进行排序
 * {6,4,9,1,-3,11,32,12,8,5}
 * i=3,j=1时，index=1和index=3进行排序
 * {6,1,9,4,-3,11,32,12,8,5}
 * i=4,j=2时，index=2和index=4进行排序，index=0和index=2排序
 * {-3,1,6,4,9,11,32,12,8,5}
 * i=5,j=3时，index=3和index=5进行排序，index=1和index=3排序
 * {-3,1,6,4,9,11,32,12,8,5}
 * i=6,j=4时，index=4和index=6进行排序，index=2和index=4进行排序，index=0和index=2排序
 * {-3,1,6,4,9,11,32,12,8,5}
 * i=7,j=5时，index=5和index=7进行排序，index=3和index=5进行排序，index=1和index=3排序
 * {-3,1,6,4,9,11,32,12,8,5}
 * i=8,j=6时，index=6和index=8进行排序，index=4和index=6进行排序，index=2和index=4进行排序，index=0和index=2排序
 * {-3,1,6,4,8,11,9,12,32,5}
 * i=9,j=7时，index=7和index=9进行排序，index=5和index=7进行排序，index=3和index=5进行排序，index=1和index=3排序
 * {-3,1,6,4,8,5,9,11,32,12}
 * 得到如下结果：
 * {-3,1,6,4,8,5,9,11,32,12}
 * <p>
 * <p>
 * 第三步：
 * step=第二步的step/2=2/2=1,将{-3,1,6,4,8,5,9,11,32,12}分为1个部分，每个部分各个元素之间下标间隔为1。
 * 让上述各个部分的元素通过冒泡排序从而实现从小到大进排序。
 * for(int i=1;i<arr.length;i++){
 * for(int j=i-1;j>=0;j-=1){
 * if(arr[j]>arr[j+1]){
 * temp=arr[j]
 * arr[j]=arr[j+1]
 * arr[j+1]=temp
 * }
 * }
 * }
 * 例如：
 * i=1,j=0时，index=0和index=1排序
 * {1,-3,6,4,8,5,9,11,32,12}
 * i=2,j=1时，index=1和index=2排序，index=0和index=1排序
 * {-3,1,6,4,8,5,9,11,32,12}
 * i=3,j=2时，index=2和index=3排序，index=1和index=2排序，index=0和index=1排序
 * {-3,1,4,6,8,5,9,11,32,12}
 * i=4,j=3时，index=3和index=4排序，index=2和index=3排序，index=1和index=2排序，index=0和index=1排序
 * {-3,1,4,6,8,5,9,11,32,12}
 * i=5,j=4时，index=4和index=5排序，index=3和index=4排序，index=2和index=3排序，index=1和index=2排序，index=0和index=1排序
 * {-3,1,4,5,6,8,9,11,32,12}
 * i=6,j=5时，index=5和index=6排序，index=4和index=5排序，index=3和index=4排序，index=2和index=3排序，index=1和index=2排序，index=0和index=1排序
 * {-3,1,4,5,6,8,9,11,32,12}
 * i=7,j=6时，index=6和index=7排序，index=5和index=6排序，index=4和index=5排序，index=3和index=4排序，index=2和index=3排序，index=1和index=2排序，index=0和index=1排序
 * {-3,1,4,5,6,8,9,11,32,12}
 * i=8,j=7时，index=7和index=8排序，index=6和index=7排序，index=5和index=6排序，index=4和index=5排序，index=3和index=4排序，index=2和index=3排序，index=1和index=2排序，index=0和index=1排序
 * {-3,1,4,5,6,8,9,11,32,12}
 * i=9,j=8时，index=8和index=9排序，index=7和index=8排序，index=6和index=7排序，index=5和index=6排序，index=4和index=5排序，index=3和index=4排序，index=2和index=3排序，index=1和index=2排序，index=0和index=1排序
 * {-3,1,4,5,6,8,9,11,12,32}
 *
 * 移动法：
 * 内部排序使用插入排序的方式
 */
public class HillSort {

    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {9, 4, 6, 1, 5, 11, 32, 12, 8, -3};
        int[] arrays = new int[80000];
        for (int i = 0; i < 80000; i++) {
            arrays[i] = (int) (Math.random() * 80000);
        }

        new Thread(() -> {

            hillSort1(Arrays.copyOf(arrays, arrays.length));
        }).start();

        new Thread(() -> {
            hillSort2(Arrays.copyOf(arrays, arrays.length));
        }).start();
    }

    /**
     * 交换法
     *
     * @param arr
     */
    public static void hillSort2(int[] arr) {
        int currentValue = 0;
        int preSortIndex = 0;
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        for (int step = arr.length / 2; step > 0; step /= 2) {
            for (int i = step; i < arr.length; i++) {
                //利用插入排序的方式，对每部分元素进行排序
                currentValue = arr[i];
                preSortIndex = i - step;
                while (preSortIndex >= 0 && currentValue < arr[preSortIndex]) {
                    arr[preSortIndex + step] = arr[preSortIndex];
                    preSortIndex -= step;
                }
                arr[preSortIndex + step] = currentValue;
            }
        }
        long endTime = System.currentTimeMillis();
//        System.out.println(Arrays.toString(arr));
        System.out.println("移动法：：" + (endTime - startTime));
    }

    /**
     * 交换法
     *
     * @param arr
     */
    public static void hillSort1(int[] arr) {
        int temp = 0;
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        for (int step = arr.length / 2; step > 0; step /= 2) {
            for (int i = step; i < arr.length; i++) {
                for (int j = i - step; j >= 0; j -= step) {
                    if (arr[j] > arr[j + step]) {
                        temp = arr[j];
                        arr[j] = arr[j + step];
                        arr[j + step] = temp;
                    }
                }
            }
        }
        long endTime = System.currentTimeMillis();
//        System.out.println(Arrays.toString(arr));
        System.out.println("交换法：："  + (endTime - startTime));
    }

    /**
     * 推导
     *
     * @param arr
     */
    private static void tuidao(int[] arr) {
        int temp = 0;
        //第一个step=5
        for (int i = 5; i < arr.length; i++) {
            for (int j = i - 5; j >= 0; j -= 5) {
                if (arr[j] > arr[j + 5]) {
                    temp = arr[j];
                    arr[j] = arr[j + 5];
                    arr[j + 5] = temp;
                }
            }
        }
        System.out.println("第一轮：：" + Arrays.toString(arr));

        //第二个step=2
        for (int i = 2; i < arr.length; i++) {
            for (int j = i - 2; j >= 0; j -= 2) {
                if (arr[j] > arr[j + 2]) {
                    temp = arr[j];
                    arr[j] = arr[j + 2];
                    arr[j + 2] = temp;
                }
            }
        }
        System.out.println("第二轮：：" + Arrays.toString(arr));

        //第二个step=2
        for (int i = 1; i < arr.length; i++) {
            for (int j = i - 1; j >= 0; j -= 1) {
                if (arr[j] > arr[j + 1]) {
                    temp = arr[j];
                    arr[j] = arr[j + 1];
                    arr[j + 1] = temp;
                }
            }
        }
        System.out.println("第三轮：：" + Arrays.toString(arr));
    }
}

二、js版本

let arr = [9, 4, 6, 1, 5, 11, 32, 12, 8, -3]
arr = [];
for (let i = 0; i < 80000; i++) {
    arr[i] = parseInt(Math.random() * 80000)
}
function hillSort1(arr) {
    let temp = 0;
    let start = Date.now();
    for (let step = parseInt(arr.length / 2); step > 0; step = parseInt(step / 2)) {
        for (let i = step; i < arr.length; i++) {
            for (let j = i - step; j >= 0; j -= step) {
                if (arr[j] > arr[j + step]) {
                    temp = arr[j];
                    arr[j] = arr[j + step];
                    arr[j + step] = temp
                }
            }
        }

    }
    let end = Date.now();
    console.log("交换法：：" + (end - start));
}

function hillSort2(arr) {
    let currentValue = 0;
    let preSortIndex = 0;
    let start = Date.now();
    for (let step = parseInt(arr.length / 2); step > 0; step = parseInt(step / 2)) {
        for (let i = step; i < arr.length; i++) {
            currentValue = arr[i];
            preSortIndex = i - step;
            while (preSortIndex >= 0 && currentValue < arr[preSortIndex]) {
                arr[preSortIndex + step] = arr[preSortIndex]
                preSortIndex -= step
            }
            arr[preSortIndex + step] = currentValue
        }

    }
    let end = Date.now();
    console.log("移动法：：" + (end - start));
}

hillSort2([...arr])
hillSort1([...arr])