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希尔排序是插入排序的一种优化版本,通过比较相距一定间隔的元素来工作,各趟比较所用的距离随着算法的进行而减小,直到只比较相邻元素的最后一趟排序为止。它首先将待排序的数组元素按下标的一定增量分组,对每组使用直接插入排序算法排序;随着增量逐渐减少,每组包含的关键词越来越多,当增量减至1时,整个数组被分为一组,算法便终止。希尔排序的时间复杂度与增量序列的选取有关,当增量序列选择合理时,希尔排序的时间效率会显著提高。其优点在于相比于简单的插入排序,它在数据项较大时能够提供更好的性能;然而,其时间复杂度仍不稳定,最坏情况下为O(n^2)。在Java中,希尔排序的实现通常涉及两个嵌套的循环,外层循环控制增量的减小,内层循环则执行分组内的插入排序。虽然希尔排序的增量序列没有固定的规则,但通过合理的选择,希尔排序仍然是一种高效的排序算法。
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1. 实现原理
希尔排序(Shell Sort)是插入排序的一种更高效的改进版本,也称为缩小增量排序。希尔排序的基本思想
是:先将整个待排序的记录序列分割成为若干子序列(由相隔某个“增量”的记录组成)分别进行直接插入排
序,然后依次缩减增量再进行排序,待整个序列中的记录“基本有序”时,再对全体记录进行依次直接插入排
序。
具体来说,希尔排序将待排序的数组元素按下标的一定增量分组,对每组使用直接插入排序算法排序;随着
增量逐渐减少,每组包含的关键词越来越多,当增量减至1时,整个文件恰被分成一组,算法便终止。
步骤描述:
1. 选择一个增量序列 t1,t2,…,tk,其中 ti > tj,tk = 1;
2. 按增量序列个数 k,对序列进行 k 趟排序;
每趟排序,根据对应的增量 ti,将待排序列分割成若干长度为 m 的子序列,分别对各子表进行直
接插入排序。仅增量因子为 1 时,整个序列作为一个表来处理,表长度即为整个序列的长度。
增量序列的选择:
增量序列的选择对希尔排序的时间性能有很大影响。希尔最初建议增量序列为 n/2,n/4,...,1,称为希尔
增量,但这种增量序列效率并不高。目前最好的增量序列是由Sedgewick提出的(1, 3, 7, ..., 2^k-1),直到
某一个值大于或等于n/3。
2. 优缺点
优点:
希尔排序是对直接插入排序的有效改进,效率与直接插入排序相比有较大提高。
希尔排序的时间复杂度与增量序列的选取有关,当增量序列选择合理时,希尔排序的时间复杂度接近
O(n^1.3)。
缺点:
希尔排序的时间复杂度仍不稳定,最坏情况下仍为O(n^2)。
增量序列的选取没有固定的规则,需要根据实际情况进行调整。
3. Java实现
public class ShellSort {
// 希尔排序方法
public static void shellSort(int[] arr) {
int n = arr.length;
int gap = n / 2; // 初始增量
// 动态定义间隔序列
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孤蓬&听雨
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