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經典演算法之希爾排序(三種實現)

希爾排序的實質就是分組插入排序,該方法又稱縮小增量排序,因DL.Shell於1959年提出而得名。

該方法的基本思想是:先將整個待排元素序列分割成若干個子序列(由相隔某個“增量”的元素組成的)分別進行直接插入排序,然後依次縮減增量再進行排序,待整個序列中的元素基本有序(增量足夠小)時,再對全體元素進行一次直接插入排序。因為直接插入排序在元素基本有序的情況下(接近最好情況),效率是很高的,因此希爾排序在時間效率上比前兩種方法有較大提高。

以n=10的一個數組49, 38, 65, 97, 26, 13, 27, 49, 55, 4為例
第一次 gap = 10 / 2 = 5
這裡寫圖片描述

1A,1B,2A,2B等為分組標記,數字相同的表示在同一組,大寫字母表示是該組的第幾個元素, 每次對同一組的資料進行直接插入排序。即分成了五組(49, 13) (38, 27) (65, 49) (97, 55) (26, 4)這樣每組排序後就變成了(13, 49) (27, 38) (49, 65) (55, 97) (4, 26),下同。
第二次 gap = 5 / 2 = 2
排序後
這裡寫圖片描述


第三次 gap = 2 / 2 = 1
這裡寫圖片描述
第四次 gap = 1 / 2 = 0 排序完成得到陣列:
這裡寫圖片描述

下面給出嚴格按照定義來寫的希爾排序
//希爾排序1

void shellsort1(int a[], int n)
{
       int i, j, gap;

       for (gap = n / 2; gap > 0; gap /= 2)   //步長
              for (i = 0; i < gap; i++)         //按組排序    
              {
                     for (j = i + gap; j < n; j += gap)  
                     {
                            if
(a[j] < a[j - gap]) { int temp = a[j]; int k = j - gap; while (k >= 0 && a[k] > temp) { a[k + gap] = a[k]; k -= gap; } a[k + gap] = temp; } } } }

很明顯,上面的shellsort1程式碼雖然對直觀的理解希爾排序有幫助,但程式碼量太大了,不夠簡潔清晰。因此進行下改進和優化,以第二次排序為例,原來是每次從1A到1E,從2A到2E,可以改成從1B開始,先和1A比較,然後取2B與2A比較,再取1C與前面自己組內的資料比較…….。這種每次從陣列第gap個元素開始,每個元素與自己組內的資料進行直接插入排序顯然也是正確的。
//希爾排序2

void shellsort2(int a[], int n)
{
       int j, gap;

       for (gap = n / 2; gap > 0; gap /= 2)
              for (j = gap; j < n; j++)   //從陣列第gap個元素開始
                     if (a[j] < a[j - gap])  //每個元素與自己組內的資料進行直接插入排序      
                     {
                            int temp = a[j];
                            int k = j - gap;
                            while (k >= 0 && a[k] > temp)
                            {
                                   a[k + gap] = a[k];
                                   k -= gap;
                            }
                            a[k + gap] = temp;
                     }
}

再將直接插入排序部分用 白話經典算法系列之二 直接插入排序的三種實現 中直接插入排序的第三種方法來改寫下:
//希爾排序3

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]);
}

這樣程式碼就變得非常簡潔了。