算法Sedgewick第四版-第1章基础-2.1Elementary Sortss-004希尔排序法(Shell Sort)
一、介绍
1.希尔排序的思路:希尔排序是插入排序的改进。当输入的数据,顺序是很乱时,插入排序会产生大量的交换元素的操作,比如array[n]的最小的元素在最后,则要经过n-1次交换才能排到第一位,因为插入排序元素只能一位一位地交换。基于插入排序的这个缺点,希尔排序是以一个区间来的交换元素,然后不断缩小区间,直到为1。它的理论是,每次经过一个区间的排序后,元素就会更有序些,所以下一个区间排序时,要交换的元素次数会变少。


2.详细的数据排序交换过程


3.
Proposition.
The number of compares used by shellsort with the increments 1, 4, 13, 40, 121, 364, ... is O(N3/2).

二、代码
package algorithms.elementary21; import algorithms.util.StdIn;
import algorithms.util.StdOut; /******************************************************************************
* Compilation: javac Shell.java
* Execution: java Shell < input.txt
* Dependencies: StdOut.java StdIn.java
* Data files: http://algs4.cs.princeton.edu/21sort/tiny.txt
* http://algs4.cs.princeton.edu/21sort/words3.txt
*
* Sorts a sequence of strings from standard input using shellsort.
*
* Uses increment sequence proposed by Sedgewick and Incerpi.
* The nth element of the sequence is the smallest integer >= 2.5^n
* that is relatively prime to all previous terms in the sequence.
* For example, incs[4] is 41 because 2.5^4 = 39.0625 and 41 is
* the next integer that is relatively prime to 3, 7, and 16.
*
* % more tiny.txt
* S O R T E X A M P L E
*
* % java Shell < tiny.txt
* A E E L M O P R S T X [ one string per line ]
*
* % more words3.txt
* bed bug dad yes zoo ... all bad yet
*
* % java Shell < words3.txt
* all bad bed bug dad ... yes yet zoo [ one string per line ]
*
*
******************************************************************************/ /**
* The <tt>Shell</tt> class provides static methods for sorting an
* array using Shellsort with Knuth's increment sequence (1, 4, 13, 40, ...).
* <p>
* For additional documentation, see <a href="http://algs4.cs.princeton.edu/21elementary">Section 2.1</a> of
* <i>Algorithms, 4th Edition</i> by Robert Sedgewick and Kevin Wayne.
*
* @author Robert Sedgewick
* @author Kevin Wayne
*/
public class Shell { // This class should not be instantiated.
private Shell() { } /**
* Rearranges the array in ascending order, using the natural order.
* @param a the array to be sorted
*/
public static void sort(Comparable[] a) {
int N = a.length; // 3x+1 increment sequence: 1, 4, 13, 40, 121, 364, 1093, ...
int h = 1;
while (h < N/3) h = 3*h + 1; while (h >= 1) {
// h-sort the array
for (int i = h; i < N; i++) {
for (int j = i; j >= h && less(a[j], a[j-h]); j -= h) {
exch(a, j, j-h);
}
}
assert isHsorted(a, h);
h /= 3;
}
assert isSorted(a);
} /***************************************************************************
* Helper sorting functions.
***************************************************************************/ // is v < w ?
private static boolean less(Comparable v, Comparable w) {
return v.compareTo(w) < 0;
} // exchange a[i] and a[j]
private static void exch(Object[] a, int i, int j) {
Object swap = a[i];
a[i] = a[j];
a[j] = swap;
} /***************************************************************************
* Check if array is sorted - useful for debugging.
***************************************************************************/
private static boolean isSorted(Comparable[] a) {
for (int i = 1; i < a.length; i++)
if (less(a[i], a[i-1])) return false;
return true;
} // is the array h-sorted?
private static boolean isHsorted(Comparable[] a, int h) {
for (int i = h; i < a.length; i++)
if (less(a[i], a[i-h])) return false;
return true;
} // print array to standard output
private static void show(Comparable[] a) {
for (int i = 0; i < a.length; i++) {
StdOut.println(a[i]);
}
} /**
* Reads in a sequence of strings from standard input; Shellsorts them;
* and prints them to standard output in ascending order.
*/
public static void main(String[] args) {
String[] a = StdIn.readAllStrings();
Shell.sort(a);
show(a);
} }
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