java数据结构和算法——希尔排序算法(采用移位法)示例

一、简单插入排序存在的问题

简单的插入排序可能存在的问题，例如数组 arr = {2,3,4,5,6,1} 这时需要插入的数 1(最小), 这样的过程是：

• {2,3,4,5,6,6}
• {2,3,4,5,5,6}
• {2,3,4,4,5,6}
• {2,3,3,4,5,6}
• {2,2,3,4,5,6}
• {1,2,3,4,5,6}

结论: 当需要插入的数是较小的数时，后移的次数明显增多，对效率有影响.

二、希尔排序算法的介绍

• 希尔排序是希尔（Donald Shell）于1959年提出的一种排序算法。希尔排序也是一种插入排序，它是简单插入排序经过改进之后的一个更高效的版本，也称为缩小增量排序。希尔排序是非稳定排序算法。

三、希尔排序算法的基本思想

• 希尔排序是把记录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。

四、希尔排序算法的示意图

五、希尔排序算法的应用实例需求

有一群小牛, 考试成绩分别是 {8,9,1,7,2,3,5,4,6,0} 请从小到大排序. 请分别使用

• 希尔排序时， 对有序序列在插入时采用移位法, 并测试排序速度
  

六、希尔排序算法(采用移位法)的推导过程示例演示

1、代码

package com.rf.springboot01.dataStructure.sort;

import java.util.Arrays;

/**
 * @description: 希尔排序算法(采用移位法)的推导过程示例演示
 * @author: xiaozhi
 * @create: 2020-08-09 20:42
 */
public class ShellSortLocation {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr ={8,9,1,7,2,3,5,4,6,0};
        ShellSortLocationSample(arr);
    }
    /**
     * @Description:  希尔排序算法(采用移位法)的推导过程方法
     * @Param: [arr]
     * @Author: xz
     * @return: void
     * @Date: 2020/8/8 22:19
     */
    public static void ShellSortLocationSample(int[] arr){
        // 因为第一轮排序，数组总长度除以2等于5，即将10个数据分成了5组
        for (int i = 5; i < arr.length; i++) {
            int j = i;//将数组下标i赋值给变量j
            int temp = arr[j];//把数组下标为j的值存储到一个临时变量
            if (arr[j] < arr[j - 5]) {
                while (j - 5 >= 0 && temp < arr[j - 5]) {
                    //移动
                    arr[j] = arr[j-5];
                    j -= 5;
                }
                //当退出while后，就给temp找到插入的位置
                arr[j] = temp;
            }
        }
        System.out.println("希尔排序(采用移位法)第1轮后=" + Arrays.toString(arr));

        // 因为第二轮排序，在第一轮排序分组的基础上5组在除以2等于2组，即将10个数据分成了2组
        for (int i = 2; i < arr.length; i++) {
            int j = i;
            int temp = arr[j];
            if (arr[j] < arr[j - 2]) {
                while (j - 2 >= 0 && temp < arr[j - 2]) {
                    //移动
                    arr[j] = arr[j-2];
                    j -= 2;
                }
                //当退出while后，就给temp找到插入的位置
                arr[j] = temp;
            }
        }
        System.out.println("希尔排序(采用移位法)第2轮后=" + Arrays.toString(arr));


        // 因为第三轮排序，在第二轮排序分组的基础上2组在除以2等于1组，即将10个数据分成了1组
        for (int i = 1; i < arr.length; i++) {
            int j = i;
            int temp = arr[j];
            if (arr[j] < arr[j - 1]) {
                while (j - 1 >= 0 && temp < arr[j - 1]) {
                    //移动
                    arr[j] = arr[j-1];
                    j -= 1;
                }
                //当退出while后，就给temp找到插入的位置
                arr[j] = temp;
            }
        }
        System.out.println("希尔排序(采用移位法)第3轮后=" + Arrays.toString(arr));

        //第四轮排序，在第三轮排序分组的基础上1组在除以2等于0组，所以不需要第四轮排序
    }
}

2、运行main函数，结果如下：

七、希尔排序算法(采用移位法)的完整示例演示

1、代码

package com.rf.springboot01.dataStructure.sort;

import java.util.Arrays;

/**
 * @description:  希尔排序算法(采用移位法)的完整示例
 * @author: xiaozhi
 * @create: 2020-08-09 20:52
 */
public class ShellSortLocation2 {

    public static void main(String[] args) {
        int[] arr ={8,9,1,7,2,3,5,4,6,0};
        ShellSortLocation(arr);
    }
    /**
     * @Description:  希尔排序算法(采用移位法)的完整示例方法
     * @Param: [arr]
     * @Author: xz
     * @return: void
     * @Date: 2020/8/8 22:19
     */
    public static void ShellSortLocation(int[] arr){
        int count=0;//定义一个排序的次数
        // 根据前面的逐步分析，使用循环处理,grap表示分组数
        for(int grap=arr.length/2; grap>0; grap/=2){
            for (int i = grap; i < arr.length; i++) {
                int j = i;//将数组下标i赋值给变量j
                int temp = arr[j];//把数组下标为j的值存储到一个临时变量
                if (arr[j] < arr[j - grap]) {
                    while (j - grap>= 0 && temp < arr[j - grap]) {
                        //移动
                        arr[j] = arr[j-grap];
                        j -= grap;
                    }
                    //当退出while后，就给temp找到插入的位置
                    arr[j] = temp;
                }
            }
            System.out.println("希尔排序(采用移位法)第"+(++count)+"轮后=" + Arrays.toString(arr));
        }

    }

}

2、运行main函数，结果如下：

八、测试希尔排序算法(采用移位法)所消耗的时间示例

1、代码

package com.rf.springboot01.dataStructure.sort;

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Arrays;
import java.util.Date;

/**
 * @description:  希尔排序算法(采用移位法)的耗时测试
 * @author: xiaozhi
 * @create: 2020-08-09 20:55
 */
public class ShellSortLocation3 {
    public static void main(String[] args) {
        int arr[] = new int[100000];
        for(int i=0;i<100000;i++){//创建一个带有100000个随机数的数组
            arr[i]= (int) (Math.random()*8000000); //随机生成（0到8000000之间）的数
        }
        Date data1 = new Date();
        SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
        String date1Str = simpleDateFormat.format(data1);
        System.out.println("排序前的时间是=" + date1Str);

        ShellSortLocation(arr);

        Date data2 = new Date();
        String date2Str = simpleDateFormat.format(data2);
        System.out.println("排序前的时间是=" + date2Str);
    }
    /**
     * @Description:  希尔排序算法(采用移位法)的完整示例方法
     * @Param: [arr]
     * @Author: xz
     * @return: void
     * @Date: 2020/8/8 22:19
     */
    public static void ShellSortLocation(int[] arr){
        int count=0;//定义一个排序的次数
        // 根据前面的逐步分析，使用循环处理,grap表示分组数
        for(int grap=arr.length/2; grap>0; grap/=2){
            for (int i = grap; i < arr.length; i++) {
                int j = i;//将数组下标i赋值给变量j
                int temp = arr[j];//把数组下标为j的值存储到一个临时变量
                if (arr[j] < arr[j - grap]) {
                    while (j - grap>= 0 && temp < arr[j - grap]) {
                        //移动
                        arr[j] = arr[j-grap];
                        j -= grap;
                    }
                    //当退出while后，就给temp找到插入的位置
                    arr[j] = temp;
                }
            }
        }

    }
}

2、运行main函数，结果如下：

本地计算机，win10系统，8G内存测试带有100000个随机数的数组，用希尔排序的移位法耗时为基本同一时间完成