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  • 希尔排序

    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。

     

    以n=10的一个数组49, 38, 65, 97, 26, 13, 27, 49, 55, 4为例

    第一次 gap = 10 / 2 = 5

    49   38   65   97   26   13   27   49   55   4

    1A                                        1B

            2A                                         2B

                     3A                                         3B

                             4A                                          4B

                                      5A                                         5B

    1A,1B,2A,2B等为分组标记,数字相同的表示在同一组,大写字母表示是该组的第几个元素, 每次对同一组的数据进行直接插入排序。即分成了五组(49, 13) (38, 27) (65, 49)  (97, 55)  (26, 4)这样每组排序后就变成了(13, 49)  (27, 38)  (49, 65)  (55, 97)  (4, 26),下同。

    第二次 gap = 5 / 2 = 2

    排序后

    13   27   49   55   4    49   38   65   97   26

    1A             1B             1C              1D            1E

            2A               2B             2C             2D              2E

    第三次 gap = 2 / 2 = 1

    4   26   13   27   38    49   49   55   97   65

    1A   1B     1C    1D    1E      1F     1G    1H     1I     1J

    第四次 gap = 1 / 2 = 0 排序完成得到数组:

    4   13   26   27   38    49   49   55   65   97

    //希尔排序最简单版本  时间复杂度O(n^2)
    void shellsort1(int a[], int n)
    {
       
       int i,j,k;
       int tmp;
    
       for(int gap = n/2;gap>=1;gap=gap/2)   //gap代表待排序数组中每两个相邻元素之间的索引的跨度
       {
              for(i=0;i<gap;i++)   //采用直接插入排序   i代表着新的数组的起始位置 也代表着每一个gap需要进行几次直接插入排序
              {
                   for(j=i+gap;j<n;j+=gap)  //现在已经确定好,待排序元素为a[j-gap],a[j],a[j+gap]...
                   {
                       if(a[j-gap] > a[j])  //如果需要进行直接插入排序
                     {
                         tmp = a[j];       //tmp保存着基数
                         k = j-gap;        //k代表着向前的索引
                         while(a[k] > tmp && k>=i)
                         {     
                           a[k+gap] = a[k];  //将比基数大的数向后移动一个gap
                           k = k-gap;        //再向前查找
                         }
                         a[k+gap] = tmp;      //找到合适的位置了,放入基数
                      }
                   }
              }
       }
    }
    //希尔排序升级版
    //每次从数组第gap个元素开始,每个元素与自己组内的数据进行直接插入排序
    //最简单的方法是对于每个gap,用变量i提炼出gap个待排序的数组,然后对这么多个数组分别进行直接插入排序
    //升级的方法是不需要提炼出数组,直接根据gap在原始数组中进行排序,因为知道gap,所以每次排序时可以将
    //未参与的元素“遮挡掉”
    void shellsort2(int a[],int n)
    {
        int j,gap;
        int k,tmp;
    
       for(gap = n/2;gap >= 1;gap/=2)
       {
          for(j = gap;j<n;j++)
          {
              if(a[j] < a[j-gap])
              {
                   tmp = a[j];       //tmp保存着基数
                   k = j-gap;        //k代表着向前的索引
                   while(a[k] > tmp && k>=i)
                   {
                     a[k+gap] = a[k];  //将比基数大的数向后移动一个gap
                     k = k-gap;        //再向前查找
                   }
                   a[k+gap] = tmp;      //找到合适的位置了,放入基数
              }
          }
       }
    }
    //先考虑普通版本和升级版本都有一部分代码重合,将其封装成一个函数便于理解
    //参数说明:a[j]为基数,gap如之前所述,其中a[j]之前的以gap为间隔的元素已排好序
    void shell_core(int a[],int j,int gap)
    {
        int k,tmp;
        if(a[j] < a[j-gap])
              {
                 tmp = a[j];       //tmp保存着基数
                 k = j-gap;        //k代表着向前的索引
                 while(a[k] > tmp && k>=i)
                 {
                    a[k+gap] = a[k];  //将比基数大的数向后移动一个gap
                    k = k-gap;        //再向前查找
                 }
                a[k+gap] = tmp;      //找到合适的位置了,放入基数
              }
    }
    
    //由此普通版可改为
    void shellsort2(int a[],int n)
    {
        int j,gap;
        int k,tmp;
    
       for(gap = n/2;gap >= 1;gap/=2)
       {
          for(i=0;i<gap;i++)   //采用直接插入排序   i代表着新的数组的起始位置 也代表着每一个gap需要进行几次直接插入排序
              {
                   for(j=i+gap;j<n;j+=gap)  //现在已经确定好,待排序元素为a[j-gap],a[j],a[j+gap]...
                   {
                       shell_core(a,j,gap);
                   }
              }
       }
    }
    
    //升级版改为
    void shellsort2(int a[],int n)
    {
        int j,gap;
        int k,tmp;
    
       for(gap = n/2;gap >= 1;gap/=2)
       {
          for(j = gap;j<n;j++)
          {
              shell_core(a,j,gap);
          }
       }
    }
    //究极版本
    //希尔冒泡排序
    void shellsort3(int a[], int n)
    {
       int i,j,gap;
    
       for(gap = n/2;gap>0;gap/=2)
       {
             for(i=gap;i<n;i++)
             {
                  for(j=i-gap;j>=0 && a[j]>a[j+gap];j-=gap)
                      Swap(a[j],a[j+gap]);
             }
       }
    }
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