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排序2-希尔插入排序

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算法简介:希尔插入排序,是在直接插入排序的基础上进行优化

直接插入排序的优点:对于小数量的数据排序较快

算法描述:将待排序数组在逻辑上分成一定步长的子数组,对这些子数组进行直接插入排序。然后在重新划分子数组,再进行直接插入排序,直到整个数组有序(步长为1)

假设数组长度为N

那么排序的轮数n最佳为满足 2^n < N 

每轮排序的步长 step = 2^n -1

为什么这样设置,我也不知道

经过实践

当N很大的时候,希尔插入排序数据比直接插入排序所需时间更多,应该是频繁的方法调用耗费时间,所以时间上并不一定有优势,但是数组需要进行移动的次数少了好几个数量级

上代码

 

package com.ysb;

import java.util.Random;

/**
 * @author Administrator 测试各种排序方法 全部按 升序排列
 */
public class Sort {
	// 数组长度
	public static final int ARRAYLENGTH = 50000;
	public static long moveCount = 0;

	public static void main(String[] args) {
		
		int[] randomArray = new int[ARRAYLENGTH];
		for (int i = 0; i < ARRAYLENGTH; i++) {
			randomArray[i] = new Random().nextInt(ARRAYLENGTH);
		}
		int[] sortArray = new int[ARRAYLENGTH];
		for (int i = 0; i < ARRAYLENGTH; i++) {
			sortArray[i] = i;
		}
		System.out.println("使用插入排序对无序数组进行排序");
		long startTime1 = System.currentTimeMillis();
		insertSort(randomArray,0,randomArray.length-1,1);
		long endTime1 = System.currentTimeMillis();
		System.out.println("使用插入排序 排序" + ARRAYLENGTH + "个无序数中使用的时间为"
				+ (endTime1 - startTime1) + "ms");
		System.out.println("移动次数="+moveCount);
		moveCount = 0;
	
		long startTime2 = System.currentTimeMillis();
		System.out.println("使用插入排序对有序数组进行排序");
		insertSort(sortArray,0,sortArray.length-1,1);
		long endTime2 = System.currentTimeMillis();

		System.out.println("使用插入排序 排序" + ARRAYLENGTH + "个有序数中使用的时间为"
				+ (endTime2 - startTime2) + "ms");
		System.out.println("移动次数="+moveCount);
		
		long startTime3 = System.currentTimeMillis();
		System.out.println("使用希尔插入排序对无序数组进行排序");
		for (int i = 0; i < ARRAYLENGTH; i++) {
			randomArray[i] = new Random().nextInt(ARRAYLENGTH);
		}
		insertShellSort(randomArray);
		long endTime3 = System.currentTimeMillis();

		System.out.println("使用希尔插入排序 排序" + ARRAYLENGTH + "个无序数中使用的时间为"
				+ (endTime3 - startTime3) + "ms");
		System.out.println("移动次数="+moveCount);
		
	}
	/**
	 * 插入排序的改进 -希尔排序
	 */
	private static void insertShellSort(int[] array) {
		int temp= 1;
		//希尔排序的轮数
		int index = 0;
		// 希尔排序每轮的步长 9 4 2^3 = 8
		int step = 0;
		while(true ) {
			temp = temp*2;
			if(temp > ARRAYLENGTH)
				break;
			index++;
		
		
		}
		for(int i=index;i>0;i-- ) {
			//每轮的步长
		
			step = (int)Math.pow(2,i) - 1;
		
			int startIndex = 0;
			int endIndex = 0;
			//每个子序列进行插入排序
			while(true) {
				//所有的子序列都排好了
				int flag = 0;
				while(true) {
					//获取每个子序列的endIndex
					endIndex = startIndex+endIndex+step;
					
					if(endIndex >= ARRAYLENGTH)  {
						endIndex =  endIndex-(startIndex+step);
						break;
					}
					flag++;
				}
				//此序列只有1个元素
				if(flag == 0)
					endIndex = startIndex;
			//	System.out.println("第"+(index-i+1)+"轮排序"+"第"+(startIndex+1)+"个子序列,步长为"+step);
				insertSort(array,startIndex,endIndex,step);
				 startIndex++;
				 endIndex = 0;
				if(startIndex == step)
					break;
			}
		}
	}
 
	/**
	 * @param array 排序的数组
	 * @param from  排序起点
	 * @param  to   排序终点 
	 * @parm  step  步长
	 * 为了希尔排序子序列需要的插入排序,改造此方法
	 */
	private static void insertSort(int[] array,int from ,int to,int step) {
	//	System.out.print("排序子序列:");
	//	for(int i=from;i<=to;i+=step)
	//		System.out.print(" "+array[i]);
	//	System.out.println();
	// 不包括最后1个,因为数组元素是从0开始的
		for (int  originalArrayIndex= from+step; originalArrayIndex <= to; originalArrayIndex+=step) {
			int waitToSort = array[originalArrayIndex];
			for (int sortedArrayIndex = from; sortedArrayIndex < originalArrayIndex; sortedArrayIndex+=step) {
				if (waitToSort < array[sortedArrayIndex]) {
					moveArray(array,sortedArrayIndex,originalArrayIndex,step-1);
					array[sortedArrayIndex] = waitToSort;
					break;
				}
			}
	
		}
		//验证一下
	//	System.out.println("有序数组");
	//	for(int j=from;j<=to;j+=step) {
		//	if(j>100)
			//	break;
			//System.out.print(array[j]+" ");
		//}
		//System.out.println();
	}
	/**
	 * 移动数组
	 * @param array
	 * @param startIndex
	 * @param endIndex
	 */
	private static void moveArray(int[] array, int startIndex, int endIndex,int step) {
			for(int i=endIndex;i>startIndex;i=i-1-step) {
				array[i] = array[i-1-step];
				moveCount ++;
			}
		
	}
}

 运行测试

 

数组长度为 10W

 

使用插入排序对无序数组进行排序
使用插入排序 排序100000个无序数中使用的时间为43437ms
移动次数=2501035799
使用插入排序对有序数组进行排序
使用插入排序 排序100000个有序数中使用的时间为33453ms
移动次数=0
使用希尔插入排序对无序数组进行排序
使用希尔插入排序 排序100000个无序数中使用的时间为51078ms
移动次数=2652651

数组长度为1W

使用插入排序对无序数组进行排序
使用插入排序 排序10000个无序数中使用的时间为390ms
移动次数=24875947
使用插入排序对有序数组进行排序
使用插入排序 排序10000个有序数中使用的时间为344ms
移动次数=0
使用希尔插入排序对无序数组进行排序
使用希尔插入排序 排序10000个无序数中使用的时间为360ms
移动次数=145196
 

 

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