希尔(shell)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（Donald Shell）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

5.希尔排序法应用实例:

有一群小牛, 考试成绩分别是 {8,9,1,7,2,3,5,4,6,0} 请从小到大排序. 请分别使用

1. 希尔排序时,对有序序列在插入时采用 交换法, 并测试排序速度.
2. 希尔排序时,对有序序列在插入时采用 移动法, 并测试排序速度(速度更快)
3. 代码实现:

package com.itguigu.sort;

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

/**
 * 1). 希尔排序时， 对有序序列在插入时采用 交换法
 * 2). 希尔排序时， 对有序序列在插入时采用 移动法
 */
public class ShellSort {
    public static void main(String[] args) {
//        int[] arr = {8, 9, 1, 7, 2, 3, 5, 4, 6, 0};
        int[] arr = new int[80000];
        for (int i = 0; i < 80000; i++) {
            arr[i] = (int) (Math.random() * 80000);
        }
        Date date1 = new Date();
        SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
        String date1Str = sdf.format(date1);
        System.out.println("排序前时间= " + date1Str);
//        shellSort1(arr);
        shellSort2(arr);
        Date date2 = new Date();
        String date2Str = sdf.format(date2);
        System.out.println("排序后时间= " + date2Str);
    }

    /**
     * 希尔排序时， 对有序序列在插入时采用 交换法
     *
     * @param arr
     */
    public static void shellSort1(int[] arr) {
        // 定义辅助变量
        int temp = 0;
        int count = 0;
        // 第gap轮,将arr.length个数据分成组,步长为gap
        for (int gap = arr.length / 2; gap > 0; gap /= 2) {
            for (int i = gap; i < arr.length; i++) {
                for (int j = i - gap; j >= 0; j -= gap) {
                    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) + "轮后=" + Arrays.toString(arr));
        }

        /*// 定义辅助变量
        int temp = 0;
        // 第1轮,将10个数据分成10/2=5组
        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("希尔排序第1轮后=" + Arrays.toString(arr));// [3, 5, 1, 6, 0, 8, 9, 4, 7, 2]
        // 第2轮,将10个数据分成5/2=2组
        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("希尔排序第2轮后=" + Arrays.toString(arr));// [0, 2, 1, 4, 3, 5, 7, 6, 9, 8]
        // 第3轮,将10个数据分成2/2=1组
        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("希尔排序第3轮后=" + Arrays.toString(arr));// [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]*/
    }

    /**
     * 对有序序列在插入时采用 移动法
     *
     * @param arr
     */
    public static void shellSort2(int[] arr) {
        // 第gap轮,将arr.length个数据分成组,步长为gap
        for (int gap = arr.length / 2; gap > 0; gap /= 2) {
            for (int i = gap; i < arr.length; i++) {
                int j = i;
                int temp = arr[j];
                if (arr[j] < arr[j - gap]) {
                    while (j - gap >= 0 && temp < arr[j - gap]) {
                        arr[j] = arr[j - gap];
                        j -= gap;
                    }
                    arr[j] = temp;
                }
            }
        }
    }
}