面试必问-希尔排序-性能优化

最新推荐文章于 2022-04-26 10:05:30 发布

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#算法 #排序算法 #java #插入排序 #数据结构

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希尔排序是一种改进的插入排序算法，通过设置增量 gap 进行分组排序，逐步减少增量直到 gap 为 1，从而提高排序效率。文中通过代码示例展示了希尔排序的交换法和移位法实现，并通过随机生成的大规模数据进行性能测试，验证了希尔排序在处理大量数据时的优越性。

希尔排序

1、简单插入排序存在的问题

我们看简单的插入排序可能存在的问题.
数组arr={2,3,4,5,6,1}这时需要插入的数1(最小),这样的过程是：
{2,3,4,5,6,6}
{2,3,4,5,5,6}
{2,3,4,4,5,6}
{2,3,3,4,5,6}
{2,2,3,4,5,6}
{1,2,3,4,5,6}
结论:当需要插入的数是较小的数时，后移的次数明显增多，对效率有影响.

2、希尔排序法介绍

希尔排序是希尔（DonaldShell）于1959年提出的一种排序算法。希尔排序也是一种插入排序，它是简单插入排序经过改进之后的一个更高效的版本，也称为缩小增量排序。

3、希尔排序法基本思想

希尔排序是把记录按下标的一定增量分组，对每组使用直接插入排序算法排序；随着增量逐渐减少，每组包含的关键词越来越多，当增量减至1时，整个文件恰被分成一组，算法便终止

4、希尔排序法的示意图

在这里插入图片描述

5、希尔排序法应用实例

package com.xu.sort;

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Arrays;
import java.util.Date;

public class ShellSort {
    public static void main(String[] args) {
//        int[] arr = {101, 34, 119, 1, -1, 90, 123};

        int[] arr = new int[80000];
        for (int i = 0; i < 80000; i++) {
            //生成一个[0,8000000)整数
            arr[i] = (int) (Math.random() * 80000);
        }

        Date date1 = new Date();
        SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
        String date1Str = simpleDateFormat.format(date1);
        System.out.println("排序前的时间是=" + date1Str);

//        shellSort(arr);
        shellSort2(arr);

        date1 = new Date();
        date1Str = simpleDateFormat.format(date1);
        System.out.println("排序后的时间是=" + date1Str);
    }

    //希尔排序，交换法
    public static void shellSort(int[] arr) {
        int temp = 0;
        int count = 0;
        for (int gap = arr.length / 2; gap > 0; gap /= 2) {
            for (int i = gap; i < arr.length; i++) {
                //遍历各组中所有的元素(共gap组，每组有个元素),步长gap
                for (int j = i - gap; j >= 0; j -= gap) {
                    //如果当前元素大于加上步长后的那个元素，说明交换
                    if (arr[j] > arr[j + gap]) {
                        temp = arr[j];
                        arr[j] = arr[j + gap];
                        arr[j + gap] = temp;
                    }
                }
            }
//            System.out.println("希尔排序第" + (++count) + "轮=" + Arrays.toString(arr));
        }
    }

    //优化：希尔排序，移位法。优化之后速度明显提升
    public static void shellSort2(int[] arr) {
        int count = 0;
        for (int gap = arr.length / 2; gap > 0; gap /= 2) {
            //从第gap个元素，逐个对其所在的组进行直接插入排序
            for (int i = gap; i < arr.length; i++) {
                int insertIndex = i;
                int insertVal = arr[insertIndex];
                if (arr[insertIndex] < arr[insertIndex - gap]) {
                    while (insertIndex - gap >= 0 && insertVal < arr[insertIndex - gap]) {
                        //移动
                        arr[insertIndex] = arr[insertIndex - gap];
                        insertIndex -= gap;
                    }
                    //当退出while后，就给insertVal找到插入的位置
                    arr[insertIndex] = insertVal;
                }
            }
//            System.out.println("希尔排序第" + (++count) + "轮=" + Arrays.toString(arr));
        }
    }
}