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[数据结构与算法]直接插入排序、希尔排序(这些经典排序算法你还记得吗?)

目录

一、直接插入排序

思路:

动图演示?编辑

代码实现?

直接插入排序的特性总结:

二、希尔排序?

思路:

?动图演示

代码实现

希尔排序的特性总结:


一、直接插入排序

思路:

从数组的第二个元素开始,为把该元素放到前面合适的位置上(在这个过程中可能需要移动前面的元素,给要插入的元素腾出位置)

🌰比如

当插入第i(i>=1)个元素时,前面的array[0],array[1],…,array[i-1]已经排好序,此时用array[i]的排序码与array[i-1],array[i-2],…的排序码顺序进行比较,找到插入位置即将array[i]插入,原来位置上的元素顺序后移


?动图演示

代码实现?

/**
     * 直接插入排序
     * @param array
     */
    public static void insertSort(int[] array) {
        for (int i = 1; i < array.length; i++) {
            int tmp = array[i];
            int j  = i - 1;
            for (; j >= 0; --j) {
                // [32、56、12、23],i指向12,j一开始指向56,我们就是借助tmp和j的变化,把32、56向后移动一位,把12放到他们前面
                // 这个过程就像把array[i](tmp)插入到数组,放到数组中合适的位置,保证放完后数组是升序(所以才要a[j + 1] = a[j]不断的移动a[j]的位置
                if (tmp < array[j]) {
                    array[j + 1] = array[j]; // 如果a[j]的值大于a[i](tmp),说明a[i]应该放到a[j]前面——a[j]应该向后移动
                }
                else {
                    break; // 此时说明a[j]已经在合适的位置了,不用再次移动了
                }
            }
            array[j + 1] = tmp; //  注意这里不能等于array[i],因为经过上面array[j+1] = array[j]数组的移动,array[i]已经发生了变化
        }
    }

?

直接插入排序的特性总结:

  1. ?元素集合越接近有序,直接插入排序算法的时间效率越高
  2. 时间复杂度:O(N^2)(最好情况下-即当数组有序时O(n)
  3. ?空间复杂度:O(1),它是一种稳定的排序算法

?


二、希尔排序?

思路:

📝希尔排序法又称缩小增量法。希尔排序法的基本思想是:把数据分组,然后再每一组内用直接插入排序对该组的数据进行排序,对每个排完序后再对整个数组进行直接插入排序。

为什么要这样做呢?🤔

📝我们上面刚提到过:直接插入排序适合对接近有序的数组进行排序,元素集合越接近有序,直接插入排序的时间效率越高。那么我们就先通过分组排序让这个数组进可能的接近有序,然后不就相当于优化了直接插入排序了吗?

总的来说,希尔排序可以分为两个部分:

  1. 预排序(分组排序,使得数组尽可能趋近有序)
  2. 直接插入排序?

?🌰假如有这样一个乱序数组

?

?我们一开始分为3组——即gap(间隔为3),然后对这分别对这三组进行排序

【9,5,8,5】这4个数就分为一组,【1,7,6】这3个数分为一组,【2,4,3】分为一组。

总的来说:gap为几,这里就会分割成几组数据。要注意每个组他们元素下标差都是gap

?

接下来就以插入排序的思想对这三组分别进行排序。

既然是分组进行插入排序,那就好办了,像第一组:【9,5,8,5】排序后为【5,5,8,9】,第二组【1,7,6】排序后为【1,6,7】,第三组【2,4,3】排序后为【2,3,4】,如图所示:

?动图演示

?

?

代码实现

// 希尔排序——预排序(gap,表示分的组数)
private static void shell(int[] array, int gap) {
    for (int i = gap; i < array.length; i++) {
        int tmp = array[i];
        int j  = i - gap;
        for (; j >= 0; j = j - gap) {
            if (tmp < array[j]) {
                array[j + gap] = array[j]; // 如果a[j]的值大于a[i](tmp),说明a[i]应该放到a[j]前面——a[j]应该向后移动
            }
            else {
                break; // 此时说明a[j]已经在合适的位置了,不用再次移动了
            }
        }
        array[j + gap] = tmp; //  注意这里不能等于array[i],因为经过上面array[j+gap] = array[j]数组的移动,array[i]已经发生了变化
    }
}

我们可以分成把要排序的数组分成不同的组(gap取不同的值)——进行多次预排序,这样我们的数组会更加接近有序

注意当gap == 1时,其实就是直接插入排序

?

?

相应的代码就是

?

public class Test3 {
    // 希尔排序——预排序(gap,表示分的组数)
    private static void shell(int[] array, int gap) {
        for (int i = gap; i < array.length; i++) {
            int tmp = array[i];
            int j  = i - gap;
            for (; j >= 0; j = j - gap) {
                if (tmp < array[j]) {
                    array[j + gap] = array[j]; // 如果a[j]的值大于a[i](tmp),说明a[i]应该放到a[j]前面——a[j]应该向后移动
                }
                else {
                    break; // 此时说明a[j]已经在合适的位置了,不用再次移动了
                }
            }
            array[j + gap] = tmp; //  注意这里不能等于array[i],因为经过上面array[j+gap] = array[j]数组的移动,array[i]已经发生了变化
        }
    }
    /**
     * 希尔排序——直接插入排序的优化
     * @param array
     */
    public static void shellSort(int[] array) {
        for (int i =array. length / 3 + 1; i > 1; i = i / 3 + 1) {
            shell(array, i); // 预排序,让我们排序的这个数组接近有序,这样下面的直接插入排序shell(array,1)时间效率才会高
        }
        shell(array, 1); // 这个相当于把数组分成一组,其实就是我们上面写的直接插入排序
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        int[] a = {9, 1, 2, 5, 7, 4, 8, 6, 3, 5};
        shellSort(a);
        System.out.println("排序后的数组为:" + Arrays.toString(a));
    }
}

?

?

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、稳定性:不稳定
  • 4、时间复杂度: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。

?

?

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加:2022-06-04 00:05:27  更:2022-06-04 00:06:15 
 
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