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希尔排序思想

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希尔排序(Shell Sort)又称为“缩小增量排序”。是1959年由D.L.Shell提出来的。该方法的基本思想是:先将整个待排元素序列分割成若干个子序列(由相隔某个“增量”的元素组成的)分别进行直接插入排序,然后依次缩减增量再进行排序,待整个序列中的元素基本有序(增量足够小)时,再对全体元素进行一次直接插入排序。因为直接插入排序在元素基本有序的情况下(接近最好情况),效率是很高的,因此希尔排序在时间效率上比前两种方法有较大提高。
具体做法:首先确定一组增量d0,d1,d2,d3,...,dt-1()其中n>d0>d1>...>dt-1=1),对于i=0,1,2,...,t-1,依次进行下面的各趟处理:根据当前增量di将n个元素分成di个组,每组中元素的下标相隔为di;再对各组中元素进行直接插入排序.


给定实例的shell排序的排序过程

     假设待排序文件有10个记录,其关键字分别是:
        49,38,65,97,76,13,27,49,55,04。
     增量序列的取值依次为:
        5,3,1
     排序过程如【动画模拟演示】。

希尔排序的JAVA实现  

public class Test {

  public static int[] a = { 10, 32, 1, 9, 5, 7, 12, 0, 4, 3 };

  public static void main(String args[]) {

  int i; // 循环计数变量

  int Index = a.length;// 数据索引变量

  System.out.print("排序前: ");

  for (i = 0; i < Index - 1; i++)

  System.out.printf("%3s ", a[i]);

  System.out.println("");

  ShellSort(Index - 1); // 选择排序

  // 排序后结果

  System.out.print("排序后: ");

  for (i = 0; i < Index - 1; i++)

  System.out.printf("%3s ", a[i]);

  System.out.println("");

  }

  public static void ShellSort(int Index) {

  int i, j, k; // 循环计数变量

  int Temp; // 暂存变量

  boolean Change; // 数据是否改变

  int DataLength; // 分割集合的间隔长度

  int Pointer; // 进行处理的位置

  DataLength = (int) Index / 2; // 初始集合间隔长度

  while (DataLength != 0) // 数列仍可进行分割

  {

  // 对各个集合进行处理

  for (j = DataLength; j < Index; j++) {

  Change = false;

  Temp = a[j]; // 暂存Data[j]的值,待交换值时用

  Pointer = j - DataLength; // 计算进行处理的位置

  // 进行集合内数值的比较与交换值

  while (Temp < a[Pointer] && Pointer >= 0 && Pointer <= Index) {

  a[Pointer + DataLength] = a[Pointer];

  // 计算下一个欲进行处理的位置

  Pointer = Pointer - DataLength;

  Change = true;

  if (Pointer < 0 || Pointer > Index)

  break;

  }

  // 与最后的数值交换

  a[Pointer + DataLength] = Temp;

  if (Change) {

  // 打印目前排序结果

  System.out.print("排序中: ");

  for (k = 0; k < Index; k++)

  System.out.printf("%3s ", a[k]);

  System.out.println("");

  }

  }

  DataLength = DataLength / 2; // 计算下次分割的间隔长度

  }

  }

  }

算法分析

1.增量序列的选择
     Shell排序的执行时间依赖于增量序列。
     好的增量序列的共同特征:
  ① 最后一个增量必须为1;
  ② 应该尽量避免序列中的值(尤其是相邻的值)互为倍数的情况。
     有人通过大量的实验,给出了目前较好的结果:当n较大时,比较和移动的次数约在nl.25到1.6n1.25之间。

2.Shell排序的时间性能优于直接插入排序
     希尔排序的时间性能优于直接插入排序的原因:
  ①当文件初态基本有序时直接插入排序所需的比较和移动次数均较少。
  ②当n值较小时,n和n2的差别也较小,即直接插入排序的最好时间复杂度O(n)和最坏时间复杂度0(n2)差别不大。
  ③在希尔排序开始时增量较大,分组较多,每组的记录数目少,故各组内直接插入较快,后来增量di逐渐缩小,分组数逐渐减少,而各组的记录数目逐渐增多,但由于已经按di-1作为距离排过序,使文件较接近于有序状态,所以新的一趟排序过程也较快。
     因此,希尔排序在效率上较直接插人排序有较大的改进。

3.稳定性
     希尔排序是不稳定的。参见上述实例,该例中两个相同关键字49在排序前后的相对次序发生了变化

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