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在Python中怎么实现希尔排序算法

时间:2024-4-26 10:11     作者:韩俊     分类: Python


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    算法描述

    希尔排序,又叫“缩小增量排序”,是对插入排序进行优化后产生的一种排序算法。它的执行思路是:把数组内的元素按下标增量分组,对每一组元素进行插入排序后,缩小增量并重复之前的步骤,直到增量到达1。

    一般来说,希尔排序的时间复杂度为O(n1.3)~O(n2),它视增量大小而定。希尔排序的空间复杂度是O(1),它是一个不稳定的排序算法。进行希尔排序时,元素一次移动可能跨越多个元素,从而可能抵消多次移动,提高了效率。

    下面是使用(数组长度/2)作为初始增量的升序希尔排序,每一轮排序过后,增量都缩小一半。

    第一步:

    如图2-28所示,从第一个元素开始,以增量4来分组。可以看出,当增量为4时,一组内只有两个元素,否则元素的下标就超出了数组的范围。

    第二步:

    如图2-29所示,对组内的元素进行插入排序。

    第三步:

    如图2-30所示,继续用相同的方法分组,对组内的元素进行插入排序使得它们有序。

    整个数组内的数都被遍历完成后,这一轮排序就结束了。把增量缩小一半,继续进行下一轮排序。

    第四步:

    如图2-31所示,增量为2时,可以看出每一组内的元素增多了,组的总数减少了。继续对每一组内的元素进行插入排序,直到每一组都遍历完成。

    第五步:

    最后一轮排序如图2-32所示,再次把增量缩小一半;这时增量为1,相当于对整个数组进行插入排序,也就是最后一轮排序。

    最后一轮排序结束后,整个希尔排序就结束了。

    代码实现

    在for循环中,由于每组的第一个元素不用进行插入排序,而它们的下标处于0~step-1,所以从下标step开始遍历。

    需要注意的是,如果要模拟流程图中的做法,要使用两个循环:先分组,然后一次性使同组内的元素有序。为了提高效率,我们直接使用一个for循环,每遍历到一个数,就对它所在的组进行插入排序。这样遍历同样符合插入排序的顺序要求。在插入排序中,要改变当前下标的值,所以使用变量ind存储当前下标,防止影响for循环。

    普通插入排序等同于增量为1的希尔排序,跨元素的希尔排序实际上只改变了增量,逻辑上与普通插入排序没有区别。

    希尔排序代码:

    nums = [5,3,6,4,1,2,8,7]
    def ShellSort(nums):
      step = len(nums)//2         #初始化增量为数组长度的一半
      while step > 0:           #增量必须是大于0的整数
       for i in range(step,len(nums)): #遍历需要进行插入排序的数
         ind = i
         while ind >= step and nums[ind] < nums[ind-step]: #对每组进行插入排序
          nums[ind],nums[ind-step] = nums[ind-step],nums[ind]
          ind -= step
       step //= 2           #增量缩小一半
      print(nums)
    ShellSort(nums)

    运行程序,输出结果为:

    [1,2,3,4,5,6,7,8]

    标签: python

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