排序算法之希尔排序详细解读（附带Java代码解读）
希尔排序（Shell Sort）是一种基于插入排序的改进算法，它通过将待排序的数组分成若干个子数组，并对这些子数组进行插入排序，从而提高整体排序效率。希尔排序的主要思想是利用分组的方式来减少元素之间的移动距离，从而提高插入排序的效率。
算法思想
- 分组：将数组根据一个增量（gap）分成若干个子数组。每个子数组内的元素位置间隔为增量值。
- 排序：对每个子数组进行插入排序。
- 缩小增量：减少增量值，再次进行排序，直到增量值为 1，此时进行最后的插入排序，完成排序过程。
过程示例
假设有一个待排序的数组：[45, 12, 8, 23, 56, 14]
步骤 1: 分组
使用增量（gap）值来分组：
-
初始增量值设为 5（通常为数组长度的一半）
将数组分为以下子数组：
- [45]、[12]、[8]、[23]、[56]、[14]（每个元素本身就是一个子数组）
进行插入排序后：
- [45]、[12]、[8]、[23]、[56]、[14]（无变化，因为每个子数组只有一个元素）
-
减少增量值至 2
将数组分为以下子数组：
- [45, 23]、[12, 56]、[8, 14]
进行插入排序后：
- [23, 45]、[12, 56]、[8, 14]
-
减少增量值至 1（最终增量）
对整个数组进行插入排序：
- [8, 12, 14, 23, 45, 56]
步骤 2: 排序
进行插入排序，并逐步减小增量值，直到最终增量值为 1 进行最终的排序。
算法复杂度
-
时间复杂度:
- 最坏情况: O(n^2)
- 平均情况: O(n log^2 n)（具体复杂度依赖于增量序列）
- 最佳情况: O(n)（当增量值选择得当，数组已经基本有序）
-
空间复杂度: O(1) 希尔排序是一种原地排序算法，不需要额外的存储空间。
优点
- 比简单插入排序快：通过增量分组减少了元素间的移动距离，提高了排序效率。
- 空间复杂度低：只需要常数级别的额外空间。
- 易于实现：实现相对简单，是插入排序的一个有效改进。
缺点
- 不稳定排序：希尔排序会改变相等元素的相对顺序。
- 性能依赖于增量序列：不同的增量序列会影响排序的效率，选择合适的增量序列是实现希尔排序的关键。
Java代码解读
public class ShellSort {
// 主方法：执行希尔排序
public static void shellSort(int[] arr) {
int n = arr.length;
// 选择增量序列（这里使用的是希尔增量序列）
for (int gap = n / 2; gap > 0; gap /= 2) {
// 对每个增量分组进行插入排序
for (int i = gap; i < n; i++) {
int temp = arr[i];
int j = i;
// 插入排序
while (j >= gap && arr[j - gap] > temp) {
arr[j] = arr[j - gap];
j -= gap;
}
arr[j] = temp;
}
}
}
public static void main(String[] args) {
int[] arr = {45, 12, 8, 23, 56, 14};
System.out.println("排序前的数组:");
for (int num : arr) {
System.out.print(num + " ");
}
System.out.println();
shellSort(arr);
System.out.println("排序后的数组:");
for (int num : arr) {
System.out.print(num + " ");
}
}
}
代码说明
-
shellSort方法:
shellSort方法按照指定的增量序列进行排序。- 从较大的增量开始，逐步缩小增量值，直到增量为 1 进行最终排序。
-
增量序列:
- 使用增量值从数组长度的一半开始，并不断缩小（
gap /= 2），直到增量值为 1。 - 每次使用增量值分组进行插入排序。
- 使用增量值从数组长度的一半开始，并不断缩小（
-
插入排序:
- 对每个增量分组中的元素进行插入排序。
-
main方法:
- 创建一个待排序的数组
arr。 - 调用
shellSort方法对数组进行排序。 - 输出排序前和排序后的数组。
- 创建一个待排序的数组