数据结构——希尔排序

news2024/11/16 3:43:47

基本思想：

希尔排序法又称缩小增量法。希尔排序法的基本思想是：先选定一个整数，把待排序文件中所有记录分成个组，所有距离为的记录分在同一组内，并对每一组内的记录进行排序。然后，取，重复上述分组和排序的工作。当gap=1时，所有记录在统一组内排好序。

希尔排序：

希尔排序分为两个步骤：

1.预排序——接近有序(gap>1)

2.插入排序(gap==1)

1.预排序：

比如先排红色组：

再排蓝色组：

最后排绿色组：

代码分析：

end的后一个输入往前插入：

依此类推，完成红色组的排序

依此类推，完成所有组的预排序

2.插入排序：

当我们的gap==1的时候，我们就可以直接用我们的插入排序完成最后的排序了。数据结构——插入排序-CSDN博客

//sort.c
void ShellSort(int* a, int n)
{
	//1、gap>1 预排序
	//2、gap==1 直接插入排序
	int gap = n;
	while (gap > 1)
	{
		gap = gap / 3 + 1;//+1可以保证最后一次一定是1
		for (int i = 0; i < n - gap; i++)
		{
			int end = i;//完成一组数据的预排序，从第一组开始
			int temp = a[end + gap];
			while (end >= 0)
			{
				if (a[end] > temp)
				{
					a[end + gap] = a[end];
					end -= gap;
				}
				else
				{
					break;
				}
			}
			a[end + gap] = temp;
		}
	}
}

//test.c
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include "sort.h"
void TestShellSort()
{
	int a[] = { 9,8,7,6,5,4,3,3,2,1,0 };
	PrintArray(a, sizeof(a) / sizeof(int));
	ShellSort(a, sizeof(a) / sizeof(int));
	PrintArray(a, sizeof(a) / sizeof(int));
}

int main()
{
	TestShellSort();
	return 0;
}

//sort.h
#pragma once
#include <stdio.h>
void ShellSort(int* a, int n);
void PrintArray(int* a, int n);

运行结果：

希尔排序的特性总结：
1. 希尔排序是对直接插入排序的优化。
2. 当gap > 1时都是预排序，目的是让数组更接近于有序。当gap == 1时，数组已经接近有序的了，这样就会很快。这样整体而言，可以达到优化的效果。我们实现后可以进行性能测试的对比。
3. 希尔排序的时间复杂度不好计算，因为gap的取值方法很多，导致很难去计算，因此在好些书中给出的希尔排序的时间复杂度都不固定，列如：

《数据结构-用面相对象方法与C++描述》--- 殷人昆

因为快速排序的出现让希尔排序并没有人再进行进一步的优化，但是不可否认的是希尔排序是能与快速排序上同一桌吃饭的人，下面我们来做一组测试：

//test.c
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include "sort.h"
void TestOP()
{
	srand(time(0));
	const int N = 100000;
	int* a1 = (int*)malloc(sizeof(int) * N);
	int* a2 = (int*)malloc(sizeof(int) * N);
	int* a3 = (int*)malloc(sizeof(int) * N);
	for (int i = 0; i < N; ++i)
	{
		a1[i] = rand();
		a2[i] = a1[i];
		a3[i] = a1[i];
	}
	int begin1 = clock();
	InsertSort(a1, N);
	int end1 = clock();
	int begin2 = clock();
	ShellSort(a2, N);
	int end2 = clock();
	int begin3 = clock();
	QuickSort(a3, 0, N - 1);
	int end3 = clock();
	printf("InsertSort:%d\n", end1 - begin1);
	printf("ShellSort:%d\n", end2 - begin2);
	printf("QuickSort:%d\n", end3 - begin3);
	free(a1);
	free(a2);
	free(a3);
}
int main()
{
	TestOP();
	return 0;
}

//sort.c
void ShellSort(int* a, int n)
{
	//1、gap>1 预排序
	//2、gap==1 直接插入排序
	int gap = n;
	while (gap > 1)
	{
		gap = gap / 3 + 1;//+1可以保证最后一次一定是1
		for (int i = 0; i < n - gap; i++)
		{
			int end = i;//完成一组数据的预排序，从第一组开始
			int temp = a[end + gap];
			while (end >= 0)
			{
				if (a[end] > temp)
				{
					a[end + gap] = a[end];
					end -= gap;
				}
				else
				{
					break;
				}
			}
			a[end + gap] = temp;
		}
	}
}

void InsertSort(int* a, int n)
{
	for (int i = 0; i < n - 1; ++i)
	{
		// [0, end] 有序，插入tmp依旧有序
		int end = i;
		int tmp = a[i + 1];

		while (end >= 0)
		{
			if (a[end] > tmp)
			{
				a[end + 1] = a[end];
				--end;
			}
			else
			{
				break;
			}
		}

		a[end + 1] = tmp;
	}
}

void Swap(int* p1, int* p2)
{
	int tmp = *p1;
	*p1 = *p2;
	*p2 = tmp;
}

int PartSort(int* a, int left, int right)
{
	int keyi = left;
	while (left < right)
	{
		// 右边找小
		while (left < right && a[right] >= a[keyi])
		{
			--right;
		}

		// 左边找大
		while (left < right && a[left] <= a[keyi])
		{
			++left;
		}

		Swap(&a[left], &a[right]);
	}

	Swap(&a[keyi], &a[left]);

	return left;
}

void QuickSort(int* a, int begin, int end)
{
	if (begin >= end)
		return;

	int keyi = PartSort(a, begin, end);
	// [begin, keyi-1] keyi [keyi+1, end]

	QuickSort(a, begin, keyi - 1);
	QuickSort(a, keyi + 1, end);
}

//sort.h
#pragma once
#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include <stdlib.h>
void ShellSort(int* a, int n);
void PrintArray(int* a, int n);
void InsertSort(int* a, int n);
void QuickSort(int* a, int begin, int end);

运行结果：