【上海校区】希尔排序 - 黑马程序员技术交流社区

希尔排序介绍

希尔排序(Shell Sort)是插入排序的一种，它是针对直接插入排序算法的改进。该方法又称缩小增量排序，因DL．Shell于1959年提出而得名。

希尔排序实质上是一种分组插入方法。它的基本思想是：对于n个待排序的数列，取一个小于n的整数gap(gap被称为步长)将待排序元素分成若干个组子序列，所有距离为gap的倍数的记录放在同一个组中；然后，对各组内的元素进行直接插入排序。这一趟排序完成之后，每一个组的元素都是有序的。然后减小gap的值，并重复执行上述的分组和排序。重复这样的操作，当gap=1时，整个数列就是有序的。

下面以数列{80,30,60,40,20,10,50,70}为例，演示它的希尔排序过程。

第1趟：(gap=4)

当gap=4时,意味着将数列分为4个组： {80,20},{30,10},{60,50},{40,70}。对应数列： {80,30,60,40,20,10,50,70}
对这4个组分别进行排序，排序结果： {20,80},{10,30},{50,60},{40,70}。对应数列： {20,10,50,40,80,30,60,70}

第2趟：(gap=2)

当gap=2时,意味着将数列分为2个组：{20,50,80,60}, {10,40,30,70}。对应数列： {20,10,50,40,80,30,60,70}
注意：{20,50,80,60}实际上有两个有序的数列{20,80}和{50,60}组成。
{10,40,30,70}实际上有两个有序的数列{10,30}和{40,70}组成。
对这2个组分别进行排序，排序结果：{20,50,60,80}, {10,30,40,70}。对应数列： {20,10,50,30,60,40,80,70}

第3趟：(gap=1)

当gap=1时,意味着将数列分为1个组：{20,10,50,30,60,40,80,70}
注意：{20,10,50,30,60,40,80,70}实际上有两个有序的数列{20,50,60,80}和{10,30,40,70}组成。
对这1个组分别进行排序，排序结果：{10,20,30,40,50,60,70,80}

希尔排序的时间复杂度和稳定性

希尔排序时间复杂度
希尔排序的时间复杂度与增量(即，步长gap)的选取有关。例如，当增量为1时，希尔排序退化成了直接插入排序，此时的时间复杂度为O(N²)，而Hibbard增量的希尔排序的时间复杂度为O(N3/2)。

希尔排序稳定性
希尔排序是不稳定的算法，它满足稳定算法的定义。对于相同的两个数，可能由于分在不同的组中而导致它们的顺序发生变化。
算法稳定性 -- 假设在数列中存在a=a[j]，若在排序之前，a在a[j]前面；并且排序之后，a仍然在a[j]前面。则这个排序算法是稳定的！

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/**

 * 希尔排序：Java

 *

 */



public class ShellSort {



    /**

     * 希尔排序

     *

     * 参数说明：

     *     a -- 待排序的数组

     *     n -- 数组的长度

     */

    public static void shellSort1(int[] a, int n) {



        // gap为步长，每次减为原来的一半。

        for (int gap = n / 2; gap > 0; gap /= 2) {



            // 共gap个组，对每一组都执行直接插入排序

            for (int i = 0 ;i < gap; i++) {



                for (int j = i + gap; j < n; j += gap) {



                    // 如果a[j] < a[j-gap]，则寻找a[j]位置，并将后面数据的位置都后移。

                    if (a[j] < a[j - gap]) {



                        int tmp = a[j];

                        int k = j - gap;

                        while (k >= 0 && a[k] > tmp) {

                            a[k + gap] = a[k];

                            k -= gap;

                        }

                        a[k + gap] = tmp;

                    }

                }

            }

        }

    }



    /**

     * 对希尔排序中的单个组进行排序

     *

     * 参数说明：

     *     a -- 待排序的数组

     *     n -- 数组总的长度

     *     i -- 组的起始位置

     *     gap -- 组的步长

     *

     *  组是"从i开始，将相隔gap长度的数都取出"所组成的！

     */

    public static void groupSort(int[] a, int n, int i,int gap) {



        for (int j = i + gap; j < n; j += gap) {



            // 如果a[j] < a[j-gap]，则寻找a[j]位置，并将后面数据的位置都后移。

            if (a[j] < a[j - gap]) {



                int tmp = a[j];

                int k = j - gap;

                while (k >= 0 && a[k] > tmp) {

                    a[k + gap] = a[k];

                    k -= gap;

                }

                a[k + gap] = tmp;

            }

        }

    }



    /**

     * 希尔排序

     *

     * 参数说明：

     *     a -- 待排序的数组

     *     n -- 数组的长度

     */

    public static void shellSort2(int[] a, int n) {

        // gap为步长，每次减为原来的一半。

        for (int gap = n / 2; gap > 0; gap /= 2) {

            // 共gap个组，对每一组都执行直接插入排序

            for (int i = 0 ;i < gap; i++)

                groupSort(a, n, i, gap);

        }

    }



    public static void main(String[] args) {

        int i;

        int a[] = {80,30,60,40,20,10,50,70};



        System.out.printf("before sort:");

        for (i=0; i<a.length; i++)

            System.out.printf("%d ", a);

        System.out.printf("\n");



        shellSort1(a, a.length);

        //shellSort2(a, a.length);



        System.out.printf("after  sort:");

        for (i=0; i<a.length; i++)

            System.out.printf("%d ", a);

        System.out.printf("\n");

    }

}

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before sort:80 30 60 40 20 10 50 70 

after  sort:10 20 30 40 50 60 70 80