八大排序算法之四:希尔(shell)排序----直接插入排序的改进

本文介绍希尔排序算法,它是直接插入排序的优化。先对数组分组,实现分组内插入排序,再缩小增量减少分组数,新分组内继续排序,最终gap=1时整个序列大致有序,再进行一次插入排序使其完全有序。实现方式分交换法和移位法两类。

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算法思想:
希尔排序的实现思想:

希尔排序,也可以称为:缩小增量排序。

  1. 实际上,就是在直接插入排序的基础上进行优化,对于要进行插入排序的数组,先进行了分组,通过实现分组内的插入排序,让每一组数现在本组内实现有序。
  2. 然后,通过缩小增量gap(也叫步长)将分组数逐渐减小。
    => 因为前面已经实现了:各个分组内的数有序,所以,即使分组的方法改变导致新形成的分组中的数有变化,但是新的分组中的数已经比最初的时候有序了。
    => 对于新的分组内的数,进行插入排序。
    ······
    => 最终,当gap=1的时候,整个序列被分为一组,此时的序列 大致实现了有序。
    => 再进行最后一次插入排序,使得整个序列完全有序。
算法实现:
shell排序的实现方式,根据各分组内实现插入排序的方式的不同,分为两类:
  1. 交换法:
    在进行一个元素的插入操作时,交换同一个分组中,“相邻元素值”来实现元素的插入:
    • 对于待插入的元素arr[j+gap],比较它与对应的有序列表中的最后一个元素arr[j]的大小,
    • 如果arr[j+gap]<arr[j],交换arr[j+gap]与arr[j]的值,
    • 继续向前,直到找到插入元素的插入位置。这是实现了一个元素的插入操作。
//希尔排序的交换法实现
	public static void shellExchange(int[] arr) {
		
		int temp = 0;
		int count = 0;
		for(int gap=arr.length/2; gap>0; gap=gap/2) {//实现增量的缩小
			//“同步”实现不同分组的插入操作
			for (int i = gap; i < arr.length; i++) {
				//实现某个具体分组中的一次元素插入操作(通过“交换相邻元素”)
				/*
				 * j = i-gap表示该分组对应的有序列表中的最后一个元素
				 * j=j-gap表示寻找对应分组中j的前一个元素
				 * j >= 0保证数组下标不越界
				 */
				for (int j = i-gap; j >=0 ; j=j-gap) {
					
					if(arr[j] > arr[j+gap]) {
						//交换对应分组中的这两个相邻元素的值
						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));
		}	
	}
	
  1. 移位法:
    在进行一个元素的插入操作时,先找到该元素具体要插入的位置insertIndex,将该分组中insertIndex之后的元素后移,然后将待插入元素插入到具体的位置。
    ==>与直接插入法的操作类似。
//shell排序的移位法
	public static void shellMove(int[] arr) {
		
		//实现缩小步长(缩小增量)
		for (int gap = arr.length/2; gap > 0; gap=gap/2) {
			//开始对各个分组,进行“同步”的排序
			for (int i = gap; i < arr.length; i++) {
				//对于某一分组进行一次“移位法”的插入排序
				/*
				 * 暂存目前的i值,防止因为直接对i进行操作,而影响内层的for循环
				 * ----对应的是因为这次插入操作,对应分组中应该增加的下标值
				 */
				int j = i;
				int temp = arr[j];//要进行插入操作的数
				/*
				 * 先判断要进行插入操作的数,应该插入的位置,是否就是它原本存储的位置
				 * 要进行插入操作的数,原本对应的下标值:最小为1
				 */
				if(temp < arr[j-gap]) {
					//不是插入到有序列表的末尾
					while(j-gap>=0 && temp<arr[j-gap]) {
						arr[j] = arr[j-gap];//将该数后移一位
						j=j-gap;//索引向前移动一位
					}
					arr[j] = temp;//注意:因为j对应的是:已经空出来,可以直接在该处插入元素的下标
				}	
			}
		}
	}

成功的人,都是坚持到最后的人。
行百里者,半九十!!!

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