算法3 七大排序之：直接插入排序和希尔排序

上一篇总结了直接选择排序和堆排序，这一篇要总结的是插入排序中的直接插入排序和希尔排序，我们主要从以下几点进行总结。

1、直接插入排序及算法实现

2、希尔排序及算法实现

3、直接插入排序PK希尔排序

1、直接插入排序及算法实现

什么是直接插入排序呢？直接插入排序的基本思想是：每次从无序序列中取出第一个元素插入到已经排好序的有序序列中，从而得到一个新的，数量加1的有序序列。

1-1、示意图

下面是直接插入排序的图解说明。

1-2、代码

下面是直接插入排序的算法实现代码。

InsertSort.java

public class InsertSort {
    public static void main(String[] args) {
        int[] list = {90, 10, 20, 50, 70, 40, 80, 60, 30, 52};
        System.out.println("************直接插入排序************");
        System.out.println("排序前：");
        display(list);
        System.out.println("");

        System.out.println("排序后：");
        insertSort(list);
        display(list);
    }

    /**
     * 直接插入排序算法
     */
    public static void insertSort(int[] list) {
        // 从无序序列中取出第一个元素 (注意无序序列是从第二个元素开始的)
        for (int i = 1; i < list.length; i++) {
            int temp = list[i];
            int j;
            // 遍历有序序列
            // 如果有序序列中的元素比临时元素大，则将有序序列中比临时元素大的元素依次后移
            for (j = i - 1; j >= 0 && list[j] > temp; j--) {
                list[j + 1] = list[j];
            }
            // 将临时元素插入到腾出的位置中
            list[j + 1] = temp;
        }
    }
    
    /**
     * 遍历打印
     */
    public static void display(int[] list) {
        System.out.println("********展示开始********");
        if (list != null && list.length > 0) {
            for (int num :
                    list) {
                System.out.print(num + " ");
            }
            System.out.println("");
        }
        System.out.println("********展示结束********");
    }
} 

测试结果：

2、希尔排序及算法实现

 希尔排序是直接插入排序的一种更高效的改进版本，又称为“缩小增量排序”。

2-1、示意图

2-2、代码

ShellSort.java 

public class ShellSort {
    public static void main(String[] args) {
        int[] list = {8, 9, 1, 7, 2, 3, 5, 4, 6, 0};
        System.out.println("************希尔排序************");
        System.out.println("排序前：");
        display(list);
        System.out.println("");

        System.out.println("排序后：");
        shellSort(list);
        display(list);
    }

    /**
     * 希尔排序算法
     */
    public static void shellSort(int[] list) {
        // 取增量
        int gap = list.length / 2;

        while (gap >= 1) {
            // 无序序列
            for (int i = gap; i < list.length; i++) {
                int temp = list[i];
                int j;

                // 有序序列
                for (j = i - gap; j >= 0 && list[j] > temp; j = j - gap) {
                    list[j + gap] = list[j];
                }
                list[j + gap] = temp;
            }

            // 缩小增量
            gap = gap / 2;
        }
    }

    /**
     * 遍历打印
     */
    public static void display(int[] list) {
        System.out.println("********展示开始********");
        if (list != null && list.length > 0) {
            for (int num :
                    list) {
                System.out.print(num + " ");
            }
            System.out.println("");
        }
        System.out.println("********展示结束********");
    }
} 

测试结果：

3、直接插入排序PK希尔排序

既然希尔排序是直接插入排序的改进版，我们就来测试一下希尔排序是否真的比直接插入排序更快？ 

代码：

InsertSortPkShellSort.java

public class InsertSortPkShellSort {
    public static void main(String[] args) {
        testInsertSort();
        testShellSort();
    }

    /**
     * 测试直接插入排序耗费的时间
     */
    public static void testInsertSort() {
        int[] list = new int[10000];
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            list[i] = (int) (Math.random() * 100000);
        }

        // 直接插入排序
        long start = System.currentTimeMillis();
        InsertSort.insertSort(list);
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("直接插入排序耗费的时间：" + (end - start));
        display(list);
    }

    /**
     * 测试希尔排序耗费的时间
     */
    public static void testShellSort() {
        int[] list = new int[10000];
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            list[i] = (int) (Math.random() * 100000);
        }

        // 希尔排序
        long start = System.currentTimeMillis();
        ShellSort.shellSort(list);
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("希尔排序耗费的时间：" + (end - start));
        display(list);
    }

    /**
     * 遍历打印前10个数
     */
    public static void display(int[] list) {
        System.out.println("********排序之后的前10个数start********");
        if (list != null && list.length > 0) {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                System.out.print(list[i] + " ");
            }
            System.out.println("");
        }
        System.out.println("********排序之后的前10个数end**********");
        System.out.println("");
    }
} 

测试结果：

从测试结果可以看出，希尔排序比直接插入排序更快。