希爾排序（Shell's sort）是一種非常「神奇」的排序演算法。說它“神奇”，是因為沒有任何人能清楚地說明它的性能到底能到什麼情況。希爾排序因DL． Shell於1959年提出而得名。自從C. A. R. Hoare在1962年提出快速排序後，由於其更為簡單，一般採用快速排序。但是，不少數學家們還是孜孜不倦地尋找希爾排序的最佳複雜度。作為普通程式設計師，我們可以學習下希爾的思路。
順便說一句，在希爾排序出現之前，電腦界普遍存在「排序演算法不可能突破O(n2)」的觀點。希爾排序的出現打破了這個魔咒，很快，快速排序等演算法相繼問世。從這個意義上說，希爾排序帶領我們走向了一個新的時代。
演算法概述/思路
希爾排序的提出，主要基於以下兩點：
1.插入排序演算法在數組基本有序的情況下，可以近似達到O(n)複雜度，效率極高。
2.但插入排序每次只能將資料移動一位，在數組較大且基本無序的情況下效能會迅速惡化。
基於此，我們可以使用一種分組的插入排序方法，具體做法是：（以一個16元素大小的數組為例）
1.選擇一個增量delta，該增量大於1，從數組中按此增量選擇出子數組進行一次直接插入排序。例如，若選擇增量為5，則對下標為0，5，10，15的元素進行排序。
2.保留該增量delta並依序移動首個元素進行直接插入排序，直到一輪完成。對於上面的例子，則依序對數組[1，6，11]，[2，7，12]，[3，8，13]，[4，9，14]進行排序。
3.減少增量，不斷重複上述過程，直到增量減小為1.顯然，最後一次為直接插入排序。
4.排序完成。
從上面可以看出，增量是不斷減少的，因此，希爾排序又被成為「縮小增量排序」。
程式碼實現
package sort;
public class ShellSortTest {
public static int count = 0;
public static void main(String[] args) {
int[] data = new int[] { 5, 3, 6, 2, 1, 9, 4, 8, 7 };
print(data);
shellSort(data);
print(data);
}
public static void shellSort(int[] data) {
// 计算出最大的h值
int h = 1;
while (h <= data.length / 3) {
h = h * 3 + 1;
}
while (h > 0) {
for (int i = h; i < data.length; i += h) {
if (data[i] < data[i - h]) {
int tmp = data[i];
int j = i - h;
while (j >= 0 && data[j] > tmp) {
data[j + h] = data[j];
j -= h;
}
data[j + h] = tmp;
print(data);
}
}
// 计算出下一个h值
h = (h - 1) / 3;
}
}
public static void print(int[] data) {
for (int i = 0; i < data.length; i++) {
System.out.print(data[i] + "\t");
}
System.out.println();
}
}運行結果：
5 3 6 2 1 9 4 8 7 1 3 6 2 5 9 4 8 7 1 2 3 6 5 9 4 8 7 1 2 3 5 6 9 4 8 7 1 2 3 4 5 6 9 8 7 1 2 3 4 5 6 8 9 7 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9
演算法性能/複雜度
希爾排序的增量數列可以任取，需要的唯一條件是最後一個一定為1（因為要保證按1有序）。但是，不同的數列選取會對演算法的效能造成極大的影響。上面的程式碼演示了兩種增量。
切記：增量序列中每兩個元素最好不要出現1以外的公因子！ （很顯然，以4有序的數列再去按2排序意義並不大）。
下面是一些常見的增量序列。
第一種增量是最初Donald Shell提出的增量，即折半降低直到1。據研究，使用希爾增量，其時間複雜度仍是O(n2)。
第二種增量Hibbard：{1, 3, ..., 2^k-1}。此增量序列的時間複雜度大約是O(n^1.5)。
第三種增量Sedgewick增量：(1, 5, 19, 41, 109,...)，其生成序列或9*4^i - 9*2^i + 1或4^i - 3*2^i + 1。
演算法穩定性
我們都知道插入排序是穩定演算法。但是，Shell排序是一個多次插入的過程。在一次插入中我們能確保不移動相同元素的順序，但在多次的插入中，相同元素完全有可能在不同的插入輪次被移動，最後穩定性被破壞，因此，Shell排序不是一個穩定的演算法.
演算法適用場景
Shell排序雖然快，但是畢竟是插入排序，其數量級並沒有後起之秀--快速排序O(n㏒n)快。在大量資料面前，Shell排序不是一個好的演算法。但是，中小型規模的數據完全可以使用它。
更多細緻解讀希爾排序演算法與相關的Java程式碼實作相關文章請關注PHP中文網！
