Java与算法之(10) - 希尔排序

希尔排序是插入排序的一种,是直接插入排序的改进版本。

对于上节介绍的直接插入排序法,如果数据原来就已经按要求的顺序排列,则在排序过程中不需要进行数据移动操作,即可得到有序数列。但是,如果最初的数据是按倒序排列的,则在进行插入排序时每次的比较都需要向后移动数据,这样,将导致算法的效率很低。

希尔排序的思想是把数列划分为若干个较小的数列,对每组数列使用直接插入排序算法排序,随着增量逐渐减少,每组包含的数字越来越多,当增量减至1时,整个数列恰被分成一组,最后再使用一次直接插入排序对整个数列进行排序。

例如有4, 3, 6, 2, 7, 1, 5, 8八个数字,第一次分成四组,即8/2组。如下图,相同颜色的数字为一组,下标为x的数字和下标为x+4的数字为一组。

Java与算法之(10) - 希尔排序

对这四个数组分别做直接插入排序,即两两比较,如果大的在前则交换位置,得到:

Java与算法之(10) - 希尔排序

然后缩小组数,4/2=2,缩小为两组。如下图:

Java与算法之(10) - 希尔排序

对这两个数组分别做直接插入排序,得到:

Java与算法之(10) - 希尔排序

再次缩小组数,2/2=1,缩小为一组,那么所有数字都。如下图:

Java与算法之(10) - 希尔排序

最后,对4, 1, 5, 2, 6, 3, 7, 8这个数列执行一次直接插入排序。

总结上面的规律,可以得出:

第一次分组数s = n / 2 == 0 ? n / 2 : n / 2 + 1

取数规则是[x]和[x+n/2]为一组

当然,这只是比较简单的分组方式,不一定是最优的。来看代码:

  1. public class ShellSort {
  2. private int[] numbers;
  3. public ShellSort(int[] numbers) {
  4. this.numbers = numbers;
  5. }
  6. /**
  7. * 对数组分组并对每个组做直接插入排序, 完成后缩小组的数量, 重复插入排序, 直到缩小到一个组
  8. * 第一次分组数: section = n/2 == 0 ? n/2 : n/2+1, 分组规则: 每隔n/2挑一个数, 即[x]和[x+n/2]为一组
  9. */
  10. public void sort() {
  11. int section = this.numbers.length / 2;
  12. int j;
  13. int temp;
  14. while(section >= 1) {
  15. for(int i = section; i < this.numbers.length; i++) {
  16. temp = this.numbers[i];
  17. j = i - section;
  18. while(j >= 0 && this.numbers[j] > temp) {
  19. this.numbers[j + section] = this.numbers[j];
  20. j = j - section;
  21. }
  22. this.numbers[j + section] = temp;
  23. }
  24. section /= 2;
  25. }
  26. System.out.print("排序后: ");
  27. for(int x = 0; x < numbers.length; x++) {
  28. System.out.print(numbers[x] + "  ");
  29. }
  30. }
  31. public static void main(String[] args) {
  32. int[] numbers = new int[] { 4, 3, 6, 2, 7, 1, 5, 8 };
  33. System.out.print("排序前: ");
  34. for(int x = 0; x < numbers.length; x++) {
  35. System.out.print(numbers[x] + "  ");
  36. }
  37. System.out.println();
  38. ShellSort ss = new ShellSort(numbers);
  39. ss.sort();
  40. }
  41. }

运行:

  1. 排序前: 4  3  6  2  7  1  5  8
  2. 排序后: 1  2  3  4  5  6  7  8

希尔排序的时间复杂度,最坏是O(n^2),平均O(n^3/2)。

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