Java基础知识强化57：经典排序之希尔排序（ShellSort）

1. 希尔排序的原理：

希尔排序(Shell Sort)是插入排序的一种。也称缩小增量排序，是直接插入排序算法的一种更高效的改进版本。希尔排序是非稳定排序算法。该方法因DL．Shell于1959年提出而得名。

在上面这幅图中：

初始时，有一个大小为 10 的无序序列。

在第一趟排序中，我们不妨设 gap1 = N / 2 = 5，即相隔距离为 5 的元素组成一组，可以分为 5 组。

接下来，按照直接插入排序的方法对每个组进行排序。

在第二趟排序中，我们把上次的 gap 缩小一半，即 gap2 = gap1 / 2 = 2 (取整数)。这样每相隔距离为 2 的元素组成一组，可以分为 2 组。

按照直接插入排序的方法对每个组进行排序。

在第三趟排序中，再次把 gap 缩小一半，即gap3 = gap2 / 2 = 1。 这样相隔距离为 1 的元素组成一组，即只有一组。

按照直接插入排序的方法对每个组进行排序。此时，排序已经结束。

需要注意一下的是，图中有两个相等数值的元素 5 和 5 。我们可以清楚的看到，在排序过程中，两个元素位置交换了。（希尔排序的不稳定性）

所以，希尔排序是不稳定的算法。

2. 希尔排序代码实现：

package cn.itcast;

/*
 * 希尔排序：先取一个小于n的整数d1作为第一个增量，
 * 把文件的全部记录分成（n除以d1）个组。所有距离为d1的倍数的记录放在同一个组中。
 * 先在各组内进行直接插入排序；然后，取第二个增量d2<d1重复上述的分组和排序，
 * 直至所取的增量dt=1(dt<dt-l<…<d2<d1)，即所有记录放在同一组中进行直接插入排序为止。 
 */
public class ShellSort {
    public static void main(int[] data) {
        for (int i = data.length / 2; i > 2; i /= 2) {
            for (int j = 0; j < i; j++) {
                insertSort(data, j, i);
            }
        }
        insertSort(data, 0, 1);
    }

    /**
     * @param data
     * @param j
     * @param i
     */
    private static void insertSort(int[] data, int start, int inc) {
        for (int i = start + inc; i < data.length; i += inc) {
            for (int j = i; (j >= inc) && (data[j] < data[j - inc]); j -= inc) {
                swap(data, j, j - inc);
            }
        }
    }
    /*
     * 交换数组中的两个元素
     */
    public static void swap(int[] data, int i, int j) {
        int temp = data[i];
        data[i] = data[j];
        data[j] = temp;
    }
}
/*
 * 属于插入类排序,是将整个无序列分割成若干小的子序列分别进行插入排序 　　 
 * 排序过程：先取一个正整数d1<n，把所有序号相隔d1的数组元素放一组，
 * 组内进行直接插入排序；然后取d2<d1，重复上述分组和排序操作；直至di=1， 即所有记录放进一个组中排序为止 　　 
 * 初始：d=5 　　49 38 65 97 76 13 27 49 55 04 　　 
 * 49 13 　　|-------------------| 　　 
 * 38 27     |-------------------| 　　 
 * 65 49 　　|-------------------| 　　 
 * 97 55     |-------------------| 　　 
 * 76 04 　　|-------------------| 　　 
 * 一趟结果 　　13 27 49 55 04 49 38 65 97 76 　　 
 * d=3 　　 13 27 49  55 04 49 38 65 97 76 　　 
 * 13 55 38 76 |------------|------------|------------| 　　 
 * 27 04 65 |------------|------------| 　　 
 * 49 49 97 |------------|------------| 　　
 * 二趟结果  13 04 49* 38 27 49 55 65 97 76 　　 
 * d=1 　　13 04 49 38 27 49 55 65 97 76
 * 　　 |----|----|----|----|----|----|----|----|----| 　　 三趟结果 　　
 * 04 13 27 38 49 49 55 65 76 97
 */

3. 希尔排序示例代码：

package com.himi.classicort;

public class ShellSortDemo {
    
    public static void main(String[] args) {
        
        int[] array = new int[] {12, 33, 4, 15, 25, 55, 18};
        
        System.out.println("希尔排序之前的数组：");    
        printArray(array);
        
        System.out.println();
        
        System.out.println("希尔排序之后的数组：");
        shellsort(array);
        printArray(array);
    
    }

    
    
    
    
    public static void shellsort(int[] array) {
        int d = array.length;
        while (true) {
            
            for (int i = 0; i < d; i++) {
                
                for (int j = i; j + d < array.length; j += d) {        
                    int temp;
                    
                    if (array[j] > array[j + d]) {
                        temp = array[j];
                        array[j] = array[j + d];
                        array[j + d] = temp;
                    }
                }
            }

            if (d == 1) {
                break;
            }
            d--;
        }
        
    }
    
    public static void printArray(int[] array) {

        System.out.print("[");
        
        int i;
        for(i= 0; i<array.length; i++) {        
            
            if(i ==array.length-1) {
                System.out.print(array[i]);
            } else {
                System.out.print(array[i]+",");
            }
        }    
        System.out.print("]");
        
    }
}

运行程序，如下：