JAVA十大排序算法之希尔排序详解

2024-04-02 19:04:59 702人浏览八月长安

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摘要

目录希尔排序代码实现时间复杂度算法稳定性总结希尔排序一种基于插入排序的快速的排序算法。简单插入排序对于大规模乱序数组很慢，因为元素只能一点一点地从数组的一端移动到另一端。例如，如果

希尔排序

一种基于插入排序的快速的排序算法。简单插入排序对于大规模乱序数组很慢，因为元素只能一点一点地从数组的一端移动到另一端。例如，如果主键最小的元素正好在数组的尽头，要将它挪到正确的位置就需要n-1次移动。

希尔排序为了加快速度简单地改进了插入排序，也称为缩小增量排序。

希尔排序是把待排序数组按一定的数量分组，对每组使用直接插入排序算法排序；然后缩小数量继续分组排序，随着数量逐渐减少，每组包含的元素越来越多，当数量减至 1 时，整个数组恰被分成一组，排序便完成了。这个不断缩小的数量，就构成了一个增量序列，这里的数量称为增量。

代码实现


public class shellSort {

    public static final int[] ARRAY = {12, 9, 6, 11, 5, 1, 14, 2, 10, 4, 8, 7, 13, 3};

    public static int[] sort(int[] array) {
        int len = array.length;
        if (len < 2) {
            return array;
        }
        //当前待排序数据，该数据之前的已被排序
        int current;
        //增量
        int gap = len / 2;
        while (gap > 0) {
            for (int i = gap; i < len; i++) {
                current = array[i];
                //前面有序序列的索引
                int index = i - gap;
                while (index >= 0 && current < array[index]) {
                    array[index + gap] = array[index];
                    //有序序列的下一个
                    index -= gap;
                }
                //插入
                array[index + gap] = current;
            }
            //int相除取整
            gap = gap / 2;
        }
        return array;
    }


    public static void print(int[] array) {
        for (int i : array) {
            System.out.print(i + "  ");
        }
        System.out.println("");
    }

    public static void main(String[] args) {
        print(ARRAY);
        System.out.println("============================================");
        print(sort(ARRAY));
    }
}

时间复杂度

希尔排序的复杂度和增量序列有关。

在先前较大的增量下每个子序列的规模都不大,用直接插入排序效率都较高，尽管在随后的增量递减分组中子序列越来越大,由于整个序列的有序性也越来越明显,则排序效率依然较高。

从理论上说，只要一个数组是递减的，并且最后一个值是1，都可以作为增量序列使用。有没有一个步长序列,使得排序过程中所需的比较和移动次数相对较少,并且无论待排序列记录数有多少,算法的时间复杂度都能渐近最佳呢？但是目前从数学上来说，无法证明某个序列是最好的。

常用的增量序列：

希尔增量序列：{n/2, (n / 2)/2, …, 1}，其中N为原始数组的长度，这是最常用的序列，但却不是最好的
Hibbard序列：{2k-1, …, 3,1}
Sedgewick序列：{… , 109 , 41 , 19 , 5，1} 表达式为9 * 4i- 9 * 2i + 1，i = 0，1，2，3，4…

算法稳定性

由于多次插入排序，我们知道一次插入排序是稳定的，不会改变相同元素的相对顺序，但在不同的插入排序过程中，相同的元素可能在各自的插入排序中移动，如数组5，2，2，1，第一次排序第一个元素5会和第三个元素2交换，第二个元素2会和第四个元素1交换，原序列中两个2的相对前后顺序就被破坏了，所以希尔排序是一个不稳定的排序算法。