【排序 - 插入排序和希尔排序】

news2024/10/8 15:02:14

插入排序（Insertion Sort）是一种简单直观的排序算法，它的工作原理是逐步构建有序序列。在排序过程中，它将未排序的元素逐个插入到已排序的部分中，从而在每次插入时扩展已排序序列的长度。

原理介绍

插入排序的基本思想是将数组分为两部分：已排序部分和未排序部分。初始时，已排序部分只包含数组的第一个元素，而未排序部分包含剩余的元素。排序过程中，每次从未排序部分取出一个元素，将它插入到已排序部分的适当位置，使得插入后依然保持已排序部分有序。
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算法步骤

从第一个元素开始，该元素可以认为已经被排序。
取出下一个元素，在已经排序的元素序列中从后向前扫描。
如果该元素（已排序）大于新元素，将该元素移到下一位置。
重复步骤3，直到找到已排序的元素小于或等于新元素的位置。
将新元素插入到该位置后。
重复步骤2~5。

C语言实现

下面是用C语言实现插入排序的示例代码：

#include <stdio.h>

// 函数：实现插入排序
void insertionSort(int arr[], int n) {
    int i, key, j;
    for (i = 1; i < n; i++) {
        key = arr[i];  // 当前需要插入排序的元素
        j = i - 1;

        // 将比key大的元素都向右移动一个位置
        while (j >= 0 && arr[j] > key) {
            arr[j + 1] = arr[j];
            j--;
        }
        arr[j + 1] = key;  // 将key插入到正确的位置
    }
}

// 函数：打印数组元素
void printArray(int arr[], int n) {
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        printf("%d ", arr[i]);
    }
    printf("\n");
}

// 主函数：测试插入排序的实现
int main() {
    int arr[] = {12, 11, 13, 5, 6};
    int n = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);

    printf("原始数组: \n");
    printArray(arr, n);

    insertionSort(arr, n);

    printf("排序后的数组: \n");
    printArray(arr, n);
    return 0;
}

代码解析

insertionSort函数：实现插入排序的主要逻辑。在每次迭代中，将当前需要排序的元素（key）插入到已排序部分的适当位置，通过不断向前比较并移动元素实现插入。
printArray函数：用于打印数组元素，方便查看排序结果。
main函数：测试插入排序的实现，打印排序前和排序后的数组。

插入排序是一种简单而有效的算法，但对于大规模数据或者需要更快速的排序算法来说，希尔排序（Shell Sort）是一种更优秀的选择。本文将详细介绍插入排序和希尔排序的原理，并提供用C语言实现的代码示例。

希尔排序简介

希尔排序是基于插入排序的一种改进算法，也称为缩小增量排序。它通过将待排序数组分成若干个子序列，对每个子序列进行插入排序，逐渐缩小子序列的长度，最终整体使用插入排序完成排序。

希尔排序算法步骤

选择一个增量序列，按增量序列对原始数组进行分组。
对各个分组进行插入排序。
逐步缩小增量，重复上述步骤，直至增量为1。
最后对整个数组进行插入排序。

希尔排序的C语言实现

#include <stdio.h>

void shellSort(int arr[], int n) {
    int gap, i, j, temp;
    for (gap = n / 2; gap > 0; gap /= 2) {
        for (i = gap; i < n; i++) {
            temp = arr[i];
            for (j = i; j >= gap && arr[j - gap] > temp; j -= gap) {
                arr[j] = arr[j - gap];
            }
            arr[j] = temp;
        }
    }
}

void printArray(int arr[], int n) {
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        printf("%d ", arr[i]);
    }
    printf("\n");
}

int main() {
    int arr[] = {12, 11, 13, 5, 6};
    int n = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);

    printf("原始数组: \n");
    printArray(arr, n);

    shellSort(arr, n);

    printf("排序后的数组: \n");
    printArray(arr, n);
    return 0;
}