算法 Shaker排序法 - 改良的气泡排序

From Gossip@caterpillar

Algorithm Gossip: Shaker 排序法 - 改良的气泡排序

说明

请看看之前介绍过的气泡排序法：

     for(i = 0; i < MAX-1 && flag == 1; i++) { 
        flag = 0; 
        for(j = 0; j < MAX-i-1; j++) { 
            if(number[j+1] < number[j]) { 
                SWAP(number[j+1], number[j]); 
                flag = 1; 
            } 
        } 
    } 

 

事实上这个气泡排序法已经不是单纯的气泡排序了，它使用了旗标与右端左移两个方法来改进排序的效能，而Shaker排序法使用到后面这个观念进一步改良气泡排序法。

解法

在上面的气泡排序法中，交换的动作并不会一直进行至阵列的最后一个，而是会进行至MAX-i-1，所以排序的过程中，阵列右方排序好的元素会一直增加，使得左边排序的次数逐渐减少，如我们的例子所示：

排序前：95 27 90 49 80 58 6 9 18 50

1. 27 90 49 80 58 6 9 18 50 [95] 95浮出
2. 27 49 80 58 6 9 18 50 [90 95] 90浮出
3. 27 49 58 6 9 18 50 [80 90 95] 80浮出
4. 27 49 6 9 18 50 [58 80 90 95] ......
5. 27 6 9 18 49 [50 58 80 90 95] ......
6. 6 9 18 27 [49 50 58 80 90 95] ......
7. 6 9 18 [27 49 50 58 80 90 95]

方括号括住的部份表示已排序完毕，Shaker排序使用了这个概念，如果让左边的元素也具有这样的性质，让左右两边的元素都能先排序完成，如此未排序的元素会集中在中间，由于左右两边同时排序，中间未排序的部份将会很快的减少。

方法就在于气泡排序的双向进行，先让气泡排序由左向右进行，再来让气泡排序由右往左进行，如此完成一次排序的动作，而您必须使用left与right两个旗标来记录左右两端已排序的元素位置。

一个排序的例子如下所示：

排序前：45 19 77 81 13 28 18 19 77 11

往右排序：19 45 77 13 28 18 19 77 11 [81]
向左排序：[11] 19 45 77 13 28 18 19 77 [81]

往右排序：[11] 19 45 13 28 18 19 [77 77 81]
向左排序：[11 13] 19 45 18 28 19 [77 77 81]

往右排序：[11 13] 19 18 28 19 [45 77 77 81]
向左排序：[11 13 18] 19 19 28 [45 77 77 81]

往右排序：[11 13 18] 19 19 [28 45 77 77 81]
向左排序：[11 13 18 19 19] [28 45 77 77 81]

如上所示，括号中表示左右两边已排序完成的部份，当left > right时，则排序完成。 

实作

• C

#include <stdio.h> 
#include <stdlib.h> 
#include <time.h> 
#define MAX 10 
#define SWAP(x,y) {int t; t = x; x = y; y = t;} 

void shakersort(int[]); 

int main(void) { 
    int number[MAX] = {0}; 
    int i;  

    srand(time(NULL)); 

    printf("排序前："); 
    for(i = 0; i < MAX; i++) { 
        number[i] = rand() % 100; 
        printf("%d ", number[i]); 
    } 

    shakersort(number); 

    printf("\n"); 

    return 0; 
} 

void shakersort(int number[]) { 
    int i, left = 0, right = MAX - 1, shift = 0; 

    while(left < right) { 
        // 向右进行气泡排序 
        for(i = left; i < right; i++) { 
            if(number[i] > number[i+1]) { 
                SWAP(number[i], number[i+1]); 
                shift = i; 
            } 
        } 
        right = shift; 

        printf("\n往右排序："); 
        for(i = 0; i < MAX; i++) 
            printf("%d ", number[i]); 

        // 向左进行气泡排序 
        for(i = right; i > left; i--) { 
            if(number[i] < number[i-1]) { 
                SWAP(number[i], number[i-1]); 
                shift = i; 
            } 
        } 
        left = shift; 

        printf("\n向左排序："); 
        for(i = 0; i < MAX; i++) 
            printf("%d ", number[i]); 
    } 
} 

• Java

public class ShakerSort {
    public static void sort(int[] number) {
        int i, left = 0, 
               right = number.length - 1, 
               shift = 0; 

        while(left < right) { 
            // 向右进行气泡排序 
            for(i = left; i < right; i++) { 
                if(number[i] > number[i+1]) { 
                    swap(number, i, i+1); 
                    shift = i; 
                } 
            } 
            right = shift; 

            // 向左进行气泡排序 
            for(i = right; i > left; i--) { 
                if(number[i] < number[i-1]) { 
                    swap(number, i ,i-1); 
                    shift = i; 
                } 
            } 
            left = shift; 
        } 
    }

    private static void swap(int[] number, int i, int j) {
        int t; 
        t = number[i]; 
        number[i] = number[j]; 
        number[j] = t;
    }
}