理解希尔排序,缩减增量排序

    话说使用冒泡排序,选择排序和插入排序,都是平均使用了On2的时间,因为它们都是只能一次移动一个位置。如果对于这种情况,即最小的数在最后一位,那么就需要根据具体地算法将数据从最后慢慢地往前移了。对于冒泡排序,时间不会减少;对于选择排序时间也不会减少,因为每次都将第二大的数又再一次放到最后一位了;对于插入排序,会稍微地提高一次效率,因为只能最后一次才需要移动数组。

    那有没有可以一次性移动多个位置的算法呢,那就是希尔排序,它是对于插入排序的地种改进。即使得要进行排序的数,在进行位置移动的时候,可以一次性地移动 多个位置,再不用一位一位地移动了。因为需要一次性移动多个位置,那就需要有一个移动的位置数,即gap。同时,它有一个要求,是必须要满足的,就是对于 数组中的每个数i,在进行移动之后,必须满足Array[i]<=Array[i+gap]。即前面的数必须要比后面的数小(按从小到大排序的 话)。因为每次移动是超过一个位置的移动,因为在移动之后,不能保证前一个数必须比后一个数小,因为还需要进行第二次移动,同时最后必须要有一个 gap=1情况,即最后有一个类似插入排序的动作。只不过到最后进行插入排序时,因为前面的移动已使得数组已相对排序,所以最后一次插入排序速度很快。

    因为有gap的存在,希尔排序实际上就是一个先将数组按照gap大小进行分组,然后对每一个分组进行插入排序的过程。对分组进行插入排序,以保证每个分组都是已经排好序的。这样一直到gap=1时,实际上就是一个将一个大组进行插入排序了。
    这几个主要有两个需要注意的,一就是分组的概念,即gap的概念,使用gap将数组按照一定的间隔进行排序;二就是插入排序的概念,在每个分组中是使用插入排序进行排序的。主要弄清楚这两个部分,那么在理解希尔排序的程序算法时,就能很好地理解了。

    使用gap一般是按照从大到小的顺序,同时也有一个如何使用gap的问题。不同的gap会使得最终的排序效率会不一样,因为这影响实际的分组,以及在多次分组之后,是否存在重复排序的问题。具体的选择这里就直接省略了,直接使用wikipedia中的一个gap数组进行处理。

private static void shellSort(int[] ints) {
		int[] gaps = {1, 5, 13, 43, 113};
		//首先确定gap大小
		int i = 0;
		while(gaps[i] < ints.length)
			i++;
		//进行分组再排序了
		while(i >= 0) {
			//使用当前对应的gap进行分组排序
			int gap = gaps[i];
			//以下就是一个插入排序的过程,以gap为排序间隔进行插入排序
			for(int j = gap;j < ints.length;j++) {
				//初始即从当前排序数开始进行
				int k = j;
				int temp = ints[k];
				//使用temp和k-gap之间进行比较,这里k-gap>=0因此k >= gap
				while(k >= gap && temp < ints[k - gap]) {
					ints[k] = ints[k - gap];
					k -= gap;
				}
				ints[k] = temp;
			}
			//gap往下减1,即使用下一个比较小的gap
			i--;
		}
	}

    希尔排序的效率很高,一般情况下为On3/2,但好的gap数组可以达到On5/4,以致On7/6,这样的效率足够和快速排序相比了。并且,这个理解起来简单。只需要记住以下几点即可:
    插入排序在数组已经接近排好序的情况下,效率很高,可以达到On
    使用希尔选择gap可以将数组从快速的方式组织成接近排好序的情况,使用增量式移位比单个移位更快
    希尔排序的内部始终是插入排序,并且最后一次肯定是一个最原始的插入排序

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作者: flym

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