【初阶数据结构题目】32. 希尔排序

文章目录

- 希尔排序
- 希尔排序的时间复杂度计算

希尔排序

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（通常是gap = n/3+1），把待排序文件所有记录分成各组，所有的距离相等的记录分在同一组内，并对每一组内的记录进行排序，然后gap=gap/3+1得到下一个整数，再将数组分成各组，进行插入排序，当gap=1时，就相当于直接插入排序。它是在直接插入排序算法的基础上进行改进而来的，综合来说它的效率肯定是要高于直接插入排序算法的。

第一趟排序：n=10，gap=n/2=5

分成五组，每组都用直接插入排序。

end一开始放在9的位置上，tmp放在4的位置上

第二趟排序：gap=5，gap=gap/3+1=2

分成两组，每组都用直接插入排序。

end一开始放在4的位置上，tmp放在2的位置上

第三趟排序：gap=2,gap=gap/3+1=1

直接插入排序
希尔排序的特性总结

希尔排序是对直接插入排序的优化。

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，直接插入排序。

代码实现：

Sort.h

c 复制代码

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<time.h>

//打印
void PrintArr(int* arr, int n);

//希尔排序
void ShellSort(int* arr, int n);

Sort.c

c 复制代码

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"Sort.h"

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

//希尔排序时间复杂度：O（n^1.3)
void ShellSort(int* arr, int n)
{
	int gap = n;//6

	while (gap > 1)
	{
		gap = gap / 3 + 1;//保证最后一次gap一定为1
		for (int i = 0; i < n - gap; i++)// i < n - gap是为了防止下面的tmp访问数组元素越界
		{
			int end = i;//n - gap - 1
			int tmp = arr[end + gap];//n - 1
			while (end >= 0)
			{
				if (arr[end] > tmp)
				{
					arr[end + gap] = arr[end];
					end -= gap;
				}
				else {
					break;
				}
			}
			//也就是arr[end] = tmp;
			arr[end + gap] = tmp;
		}
	}
}

test.c

c 复制代码

int main()
{
	int a[] = { 5, 3, 9, 6, 2, 4, 7, 1, 8 };
	int n = sizeof(a) / sizeof(int);
	printf("排序前：");
	PrintArr(a, n);

	ShellSort(a,n);

	printf("排序后：");
	PrintArr(a, n);

	return 0;
}

希尔排序的时间复杂度计算

希尔排序的时间复杂度估算：

外层循环：

外层循环的时间复杂度可以直接给出为：O(log₂n) 或者O(log₃n) ，即O(log n)

内层循环：

通过以上的分析，可以画出这样的曲线图：

因此，希尔排序在最初和最后的排序的次数都为n，即前一阶段排序次数是逐渐上升的状态，当到达某一顶点时，排序次数逐渐下降至n，而该顶点的计算暂时无法给出具体的计算过程。

希尔排序时间复杂度不好计算，因为 gap 的取值很多，导致很难去计算，因此很多书中给出的希尔排序的时间复杂度都不固定。《数据结构(C语言版)》--- 严蔚敏书中给出的时间复杂度为：