C语言编程八大排序之希尔排序


基本思想

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。

稳定性

由于多次插入排序,我们知道一次插入排序是稳定的,不会改变相同元素的相对顺序,但在不同的插入排序过程中,相同的元素可能在各自的插入排序中移动,最后其稳定性就会被打乱,所以shell排序是不稳定的。

时间复杂度

希尔排序的时间复杂度取决于步长的选择。

平均情况下,希尔排序的时间复杂度为O(Nlog2N),最坏情况下为O(N1.5)。


空间复杂度

O(1)

使用场景

希尔排序时间复杂度的下界是n*log2n。希尔排序没有快速排序算法快 O(n(logn)),因此中等大小规模表现良好,对规模非常大的数据排序不是最优选择。但是比O( n² )复杂度的算法快得多。并且希尔排序非常容易实现,算法代码短而简单。 此外,希尔算法在最坏的情况下和平均情况下执行效率相差不是很多,与此同时快速排序在最坏的情况下执行的效率会非常差。

专家们提倡,几乎任何排序工作在开始时都可以用希尔排序,若在实际使用中证明它不够快,再改成快速排序这样更高级的排序算法

比较

希尔排序的实质就是分组插入排序,该方法又称缩小增量排序,是直接插入排序算法的一种更高效的改进版本。

希尔排序是基于插入排序的以下两点性质而提出改进方法的:

  1. 插入排序在对几乎已经排好序的数据操作时,效率高,即可以达到线性排序的效率。

  2. 但插入排序一般来说是低效的,因为插入排序每次只能将数据移动一位。

希尔排序优于直接插入排序,是因为希尔排序是按照不同步长对元素进行插入,当刚开始元素很无序的时候,步长最大,所以插入排序的元素个数很少,速度很快;当元素基本有序了,步长很小,插入排序对于有序的序列效率很高。

关于步长(增量)的选择

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。

已知的最好步长序列是由Sedgewick提出的(1, 5, 19, 41, 109,...),该序列的项来自

这两个算式。

这项研究也表明“比较在希尔排序中是最主要的操作,而不是交换。”用这样步长序列的希尔排序比插入排序和堆排序都要快,甚至在小数组中比快速排序还快,但是在涉及大量数据时希尔排序还是比快速排序慢。


代码及分析


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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

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

下面给出严格按照定义来写的希尔排序

  类似直接插入排序,将上面代码进行简化,将搜索和数据后移这二个步骤合并。

  下面的代码简化了希尔排序的代码,但是降低了效率

下面是自己的理解,对比一下直接插入排序,希尔排序只要加上步长,并将直接插入排序中的跨度由1变成步长即可。

放开注释并把步长由1换成gap即可

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转载自blog.csdn.net/chengxuyuan997/article/details/80722417