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社区首页 >专栏 >【数据结构】排序基石:透彻掌握概念,手撕插入排序与希尔排序(附代码)

【数据结构】排序基石:透彻掌握概念,手撕插入排序与希尔排序(附代码)

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凤年徐
发布2025-08-28 13:45:42
发布2025-08-28 13:45:42
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1.八大排序之插入排序 希尔排序

1.1排序的概念

排序:所谓排序,就是使一串记录,按照其中的某个或某些关键字的大小,递增或递减的排列起来的操作。 稳定性:假定在待排序的记录序列中,存在多个具有相同的关键字的记录,若经过排序,这些记录的相对次 序保持不变,即在原序列中,r[i]=r[j],且r[i]在r[j]之前,而在排序后的序列中,r[i]仍在r[j]之前,则称这种排 序算法是稳定的;否则称为不稳定的。 内部排序:数据元素全部放在内存中的排序。 外部排序:数据元素太多不能同时放在内存中,根据排序过程的要求不断地在内外存之间移动数据的排序。

1.2排序运用

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1.3 常见的排序算法

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2.常见排序算法的实现

2.1 插入排序
2.1.1基本思想:

直接插入排序是一种简单的插入排序法,其基本思想是:

把待排序的记录按其关键码值的大小逐个插入到一个已经排好序的有序序列中,直到所有的记录插入完为 止,得到一个新的有序序列 。 实际中我们玩扑克牌时,就用了插入排序的思想

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2.1.2直接插入排序:
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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

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//先看一趟排序
void InsertSort(int* a,int n )
{
	int end;
	int tmp = a[end + 1];//先把end+1放入tmp
	//[0,end]有序 end+1位置插入进去,保持有序
	while (end >= 0)
	{
		if (tmp<a[end]) //只要end+1的值比end小就交换,然后end向前走 继续看看满不满足交换条件
		{
			a[end + 1] = a[end];
			--end;
		}
		else
		{
			break;//tmp>a[end] 就不用换了 跳出循环
		}
	}
	a[end + 1] = tmp;//最后把最开始a[end+1]的值放到end后边 也就是现在的[end+1]的位置
    //极端情况下end=-1时跳出循环,此时表达式依然成立a[0]=tmp
}

也可以理解为 在给tmp找个合适的地方 在这个合适的地方的后边几项要整体往后挪一个 填上原来[end+1]的位置

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//明白了一趟是怎么走的,那整体就显而易见了
void InsertSort(int* a,int n )
{
    //[0.n-1]
	for (int i = 0; i < n - 1; i++)//让end从0开始 end是数组下标 n个数 下标是从0到n-1,所以end+1最大就取到n-1 因此end最大取n-2 故循环条件为i<n-1
	{
		int end;
		int tmp = a[end + 1];
		//[0,end]有序 end+1位置插入进去,保持有序
		while (end >= 0)
		{
			if (a[end] > tmp)
			{
				a[end + 1] = a[end];
				--end;
			}
			else
			{
				break;
			}
		}
		a[end + 1] = tmp;
	}
}

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:顺序 O(N) 最坏情况: 逆序O(N^2)
  3. 空间复杂度:O(1),它是一种稳定的排序算法
  4. 稳定性:稳定
2.1.3 希尔排序( 缩小增量排序 )

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,把待排序文件中所有记录分成个 组,所有距离为的记录分在同一组内,并对每一组内的记录进行排序。然后,取,重复上述分组和排序的工 作。当到达=1时,所有记录在统一组内排好序。

希尔排序步骤:

1.预排序(让数组接近有序)

2.插入排序

思路:选定一个整数gap 比如下图中的5 ,第一个数是9,间隔为gap(也就是5)的数为4 先给他们两个排序,又因为4后边间隔gap的数不存在(已经越界了),所以再从第二个数开始下一轮

我们很容易发现gap为几,就分成几个组

还是以gap为5为例

9和4为第一组

1和8为第二组

2和6为第三组

5和3为第四组

7和5为第五组

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//还是先看一趟
void ShellSort(int* a, int n)
{
	int gap = 3;//假设gap为3
	int end = 0;//end从0开始 也就是第一组
	int tmp = a[end + gap];
//后续代码与插入排序差不多,只不过是把1换成了gap,核心不变
	while (end >= 0)
	{
		if (tmp < a[end])
		{
			a[end + gap] = a[end];
			end -= gap;
		}
		else
		{
			break;
		}
	}
	a[end + gap] = tmp;

}

那么这是第一组,要实现多组,就要再套一层循环

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//套上循环就完成了一组的排序
void ShellSort(int* a, int n)
{
	int gap = 3;
	
	for (int i = 0; i < n - gap; i += gap)//这里取n-gap与上边插入排序的n-1同理
	{
		int end = i;
		int tmp = a[end + gap];
		while (end >= 0)
		{
			if (tmp < a[end])
			{
				a[end + gap] = a[end];
				end -= gap;
			}
			else
			{
				break;
			}
		}
		a[end + gap] = tmp;
	}

}

以上是一组的排序,要完成全部排序,要再套一层循环

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//套上循环就完成了一组的排序
void ShellSort(int* a, int n)
{
	int gap = 3;
	for(int j=0;j<gap;j++)//一共gap组
    {
         for (int i = 0; i < n - gap; i += gap)
        {
            int end = i;
            int tmp = a[end + gap];
            while (end >= 0)
            {
                if (tmp < a[end])
                {
                    a[end + gap] = a[end];
                    end -= gap;
                }
                else
                {
                    break;
                }
            }
            a[end + gap] = tmp;
        }
    }

}

三层循环有点多了,那有没有循环少一点的写法呢?

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void ShellSort(int* a, int n)
{
	int gap = 3;
	
	for (int i = 0; i < n - gap; i++)//把这里改成i++就可以了
	{
		int end = i;
		int tmp = a[end + gap];
		while (end >= 0)
		{
			if (tmp < a[end])
			{
				a[end + gap] = a[end];
				end -= gap;
			}
			else
			{
				break;
			}
		}
		a[end + gap] = tmp;
	}

}

三层循环是一组走完再走下一组,而这种写法是多组一起走

那我们的gap到底要取多少呢?

对于预排序

gap越大,大的可以越快跳到后面,小的可以越快调到前面,越不接近有序

gap越小,跳的越慢,但越接近有序。当gap==1时 相当于插入排序

参考相关文献 gap取gap/3+1时是一个不错的选择 gap是随着排序变的

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void ShellSort(int* a, int n)
{
	int gap = n;;
	
	while (gap > 1)
	{
		//+1保证最后一个gap一定是1
		//gap>1时是预排序
		//gap==1时 是插入排序
		gap = gap / 3 + 1;
		for (int i = 0; i < n - gap; i += gap)
		{
			int end = i;
			int tmp = a[end + gap];
			while (end >= 0)
			{
				if (tmp < a[end])
				{
					a[end + gap] = a[end];
					end -= gap;
				}
				else
				{
					break;
				}
			}
			a[end + gap] = tmp;
		}
	}

}

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. 希尔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,因此在好些树中给出的 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
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《数据结构-用面相对象方法与C++描述》— 殷人昆

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  1. 稳定性:不稳定 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。
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原始发表:2025-08-12,如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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  • 1.八大排序之插入排序 希尔排序
    • 1.1排序的概念
    • 1.2排序运用
    • 1.3 常见的排序算法
    • 2.常见排序算法的实现
      • 2.1 插入排序
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