排序算法-希尔排序20220412

本文详细解析了希尔排序的原理,介绍了如何通过增量序列将无序数组逐步细化排序,包括基础的Shell增量序列和优化后的Hibbard和Sedgewick增量。通过实例演示了从粗略到精细排序的过程,并提供了对应的Java代码示例。

希尔排序的思想是,在拿到无序数组后,我们首先对这个数组进行一个粗略的排序,让整个数组没那么无序之后,再进行插入排序,之所以这么做,是因为当无序数组大部分有序的时候,插入排序操作最少,希尔排序是对插入排序的一个优化升级。

而怎样确定这个粗略的排序有多粗呢,这涉及到一个增量序列的概念,我们将每个增量作为跨度,将整个数组拆分成小的无序的数组,然后将每个小的无序数组通过插入排序进行有序化,最终跨度为1将对这个初步有序数组进行最后的插入排序。

增量序列默认为shell增量每次增量折半,比如8,4,2,1,而后期的优化中比较出名的有:Hibbard增量和 Sedgewick增量等,这个不在排序的范畴,是对希尔排序的复杂度的优化。

比如:无序数组:[3, 8, 5, 4, 6, 2, 9, 1]
这个无序数组的长度为8,那么它的希尔增量序列为:4, 2, 1
首先拿出来增量4作为跨度,将无序数组拆成: [3, 6], [8, 2], [5, 9], [4, 1]
然后将拆好的每个数组进行插入排序后,原无序数组变成:[3, 2, 5, 1, 6, 8, 9, 4]
再拿出来增量2作为跨度,将无序数组拆成:[3, 5, 6, 9], [2, 1, 8, 4]
然后再讲拆好的每个数组进行插入排序后,原无序数组变成:[3, 1, 5, 2, 6, 4, 9, 8]
最后拿出来增量1,也就是将整个无序数组进行插入排序,得到最终有序数组结果。

本文使用基础的shell增量序列进行希尔排序,代码如下:

	public static void shellInsertSort(int[] arr) {
		int d = arr.length;
		while (d > 1) {
			// 增量折半
			d /= 2;
			for (int x = 0; x < d; x++) {
				for (int i = x + d; i < arr.length; i += d) {
					int temp = arr[i];
					int j;
					for (j = i - d; j >= 0 && arr[j] > temp; j -= d) {
						arr[j + d] = arr[j];
					}
					arr[j + d] = temp;
				}
			}
		}
	}
### 希尔排序算法详解 #### 算法概述 希尔排序(Shell Sort),亦称为递减增量排序算法,是对插入排序的一种优化版本[^1]。该算法由Donald Shell于1959年提出,并在论文“A high-speed sorting procedure”中对其进行了详细的阐述[^3]。 #### 工作原理 希尔排序通过比较相隔一定间隔的元素来工作,这些间隔逐渐减少直到变为1。当间隔为1时,希尔排序即成为普通的插入排序。这种策略使得远距离的数据可以更快地移动到接近其最终位置的地方,从而提高了整体性能[^4]。 #### 时间复杂度分析 尽管具体的渐近时间复杂度取决于所使用的间隔序列,但在最坏情况下,希尔排序的时间复杂度通常优于简单的插入排序。对于某些特定的选择间隔序列,平均情况下的表现甚至能够达到接近\( O(n \log n) \)。 #### 实现细节 以下是使用Python编写的希尔排序的具体实现: ```python def shell_sort(arr): n = len(arr) gap = n // 2 while gap > 0: for i in range(gap, n): temp = arr[i] j = i while j >= gap and arr[j - gap] > temp: arr[j] = arr[j - gap] j -= gap arr[j] = temp gap //= 2 if __name__ == "__main__": test_array = [64, 34, 25, 12, 22, 11, 90] print("原始数组:", test_array) shell_sort(test_array) print("排序后的数组:", test_array) ``` 这段代码展示了如何利用逐步缩小的间隔来进行多次部分有序化的操作,最后完成整个列表的完全排序过程[^2]。
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