排序算法-希尔排序

"希尔排序是一种改进的插入排序算法,通过增量逐步缩小的方式进行排序,提高排序效率。其时间复杂度在不同的增量序列下有不同的表现,如选择2的幂作为增量序列,时间复杂度为O(n^2),而选择奇数序列则可能达到O(n^{1.5}

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排序算法-希尔排序

算法思想

希尔排序又叫做缩小增量排序,本质还是插入排序,只不过是将待排序列按照某种规则分成几个子序列,分别对这几个子序列进行直接插入排序。如果增量为1,就是直接插入排序。

例如,先以增量为5来分割序列,即下表为0、5、15、…的关键字分为一组,将下标为1,6,11,16,…的关键字分为另一组等,然后分别对这些组进行直接插入排序,就组成了一趟希尔排序。将上边排好序的整个序列,再以增量2分割,即将下标为0、2、4、6、8、…的关键字分为一组,将1、3、5、7、9…的关键字分为另一组等,然后分别对这些组进行直接插入排序,即完成又一次希尔排序。最后以增量1分割整个序列,即对整个序列进行一趟直接插入排序,从而完成整个希尔排序。

注意到增量5、2、1是逐渐缩小的,所以称为缩小增量排序。

直接插入排序适合于序列基本有序的情况,希尔排序的每趟排序都会使整个序列变得更加有序,等整个序列基本有序了,再做一次直接插入排序,这样会使排序效率更高。

缩小增量的选取
  1. 增量一般选择 ⌊ n / 2 ⌋ \lfloor n/2 \rfloor n/2 ⌊ n / 4 ⌋ \lfloor n/4 \rfloor n/4 ⌊ n / 2 k ⌋ \lfloor n/2^{k} \rfloor n/2k、… 2 、1。
    即每次将增量除以2并向下取整,其中n为序列长度,此时时间复杂度为 O ( n 2 ) O(n^{2}) O(n2)
    希尔排序的空间复杂度与直接插入排序一样,为 O ( 1 ) O(1) O(1).
  2. 增量选择为: 2 k + 1 2^{k}+1 2k+1、…、 9 、 5 、 3 、 1 9、5、3、1 9531时,时间复杂度为 O ( n 1.5 ) O(n^{1.5}) O(n1.5).
    其中,k为大于等于1的整数, 2 k + 1 2^{k}+1 2k+1小于待排序列长度,增量序列末尾的1是额外添加的。
代码
public class Shellsort {
    public static void main(String[] args) {
        int[] nums = {3,8,4,5,6,8,9,0};
        shellsort(nums,nums.length);
        for(int num:nums){
            System.out.print(num);
        }
    }
    public static void shellsort(int[] nums, int n){
        int i,j;
        for(int d = n/2;d>=1;d=d/2){  //步长变化
            for(i=d;i<n;++i){         //有增量的遍历数组,接下来全是简单插入排序只不过加入了增量而已。
                int temp = nums[i];   
                if(nums[i]<nums[i-d]){       
                    for(j = i-d;j>=0 && temp<nums[j];j=j-d){
                        nums[j+d] = nums[j];
                    }
                    nums[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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