[Swift]八大排序算法（六）：希尔排序

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排序分为内部排序和外部排序。

内部排序：是指待排序列完全存放在内存中所进行的排序过程，适合不太大的元素序列。

外部排序：指的是大文件的排序，即待排序的记录存储在外存储器上，待排序的文件无法一次装入内存，需要在内存和外部存储器之间进行多次数据交换，以达到排序整个文件的目的。

当N小于20的时候，插入排序具有最好的性能。

当N大于20时，快速排序具有最好的性能，尽管归并排序(merge sort)和堆排序(heap sort)复杂度都为nlog2(n)。

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希尔排序

希尔排序(Shell's Sort)是插入排序的一种又称“缩小增量排序”（Diminishing Increment Sort），是直接插入排序算法的一种更高效的改进版本。

希尔排序是非稳定排序算法。该方法因D.L.Shell于1959年提出而得名。

希尔排序是把记录按下标的一定增量分组，对每组使用直接插入排序算法排序；随着增量逐渐减少，每组包含的关键词越来越多，当增量减至1时，整个文件恰被分成一组，算法便终止。

基本思想：先取一个小于n的整数d1作为第一个增量，把文件的全部记录分组。所有距离为d1的倍数的记录放在同一个组中。先在各组内进行直接插入排序；然后，取第二个增量d2<d1重复上述的分组和排序，直至所取的增量 =1( < …<d2<d1)即所有记录放在同一组中进行直接插入排序为止。

希尔排序是基于插入排序的以下两点性质而提出改进方法的：

(1)、插入排序在对几乎已经排好序的数据操作时，效率高，即可以达到线性排序的效率。

(2)、但插入排序一般来说是低效的，因为插入排序每次只能将数据移动一位。

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  ViewController.swift文件：运行时间（4.4775s）

import UIKit

class ViewController: UIViewController {
    //属性1:用来存储需要排序的数组
    var result : Array<Int> = Array<Int>()
    //属性2:统计排序花费的时间
    var date : Date!
    
    override func viewDidLoad() {
        super.viewDidLoad()
        // Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.
        //初始化一个整形数组
        var array : Array<Int> = Array<Int>()
        //将1至100的100个整数，存入到该数组中
        for i in 1...100
        {
            array.append(i)
        }
        //添加一个循环语句，
        //用来生成一个由100个随机整数组成的数组
        for _ in 1...100
        {
            //首先根据数组的长度，
            //获得一个1至100的随机整数
            let temp = Int(arc4random() % UInt32(array.count))+1
            //根据随机值从数组中获得指定位置的整数，
            //并存储在用来排序的数组中
            let num = array[temp-1]
            result.append(num)
            //从原数组中移该随机数，以避免获得重复的数字
            array.remove(at: temp-1)
        }
        //添加一个循环语句，
        //用来生成100个自定义视图对象
        for i in 1...100
        {
            //初始化自定义视图对象
            let num = result[i-1]
            //并设置它的显示区域。
            //其中视图的高度，是当前数组中的数字的两倍大小
            let view = SortView(frame: CGRect(x: 10+i*3, y: 200,  2, height: num * 2))
            view.backgroundColor = .black
            //设置视图的标识值
            view.tag = i
            //并将视图添加到当前视图控制器的根视图
            self.view.addSubview(view)
        }
        //然后添加一个按钮
        //当用户点击该按钮时对数组进行排序
        let bt = UIButton(frame: CGRect(x: 10, y: 340,  300, height: 40))
        //设置背景按钮的背景颜色为橙色
        bt.backgroundColor = .orange
        //设置按钮在正常状态下的标题文字
        bt.setTitle("Sort", for: .normal)
        //给按钮对象绑定点击事件，
        bt.addTarget(self, action: #selector(reOrderView), for: .touchUpInside)
        //将按钮添加到当前视图控制器的根视图
        self.view.addSubview(bt)
    }
    
    //添加一个方法，用来响应按钮的点击事件
    @objc func reOrderView()
    {
        //获得当前的日期和时间
        date = Date()
        //在一个全局队列中，以异步的方式对数组进行排序
        //并实时调整和数组中的数值相对应的视图的位置
        DispatchQueue.global().async
            {
                //调用实例方法，用来进行可视化的希尔排序。
                //该方法在下方的代码中实现
                self.sort(items: self.result)
                //获得排序后的系统时间，
                //并在控制台输出两个时间的差值，
                //从而获得排序所花费的大致时间。
                //考虑线程休眠的影响，此数据仅做参考
                let endDate = Date()
                print(endDate.timeIntervalSince(self.date))
        }
    }

    //添加一个方法，用来实现具体的可视化的希尔排序的功能
    func sort(items: Array<Int>)
    {
        //首先设置希尔排序的增量，
        //将它的值设置为数组长度的一半。
        //希尔排序对增量序列的选择没有严格的规定。
        var list = items
        var step: Int = list.count / 2
        //通过增量创建一个循环语句
        while step >= 1
        {
            //下方代码和插入排序的代码相同
            //首先将数组中的第一个元素，看成是已经完成排序的数组。
            for i in 0..<list.count
            {
                //然后从第二个元素开始，通过循环语句，
                //将未排序的元素，
                //由后向前完成排序的数组进行比较和插入
                var j = i + step
                while j >= step && j < list.count
                {
                    //将待排序的元素，
                    //由后向前，和每个已经完成排序的元素进行比较，
                    //当该元素小于已经完成排序的元素时，
                    //将该元素插入到找到的元素的前方，
                    //否则退出循环
                    if list[j] < list[j - step]
                    {
                        //由于需要对界面元素进行调整，
                        //所以需要切换至主线程
                        weak var weak_self = self
                        DispatchQueue.main.async
                        {
                            //根据标识值，
                            //获得和需要交换顺序的数组元素相对应的视图对象
                            let view1 = weak_self?.view.viewWithTag(j+1)
                            let view2 = weak_self?.view.viewWithTag(j-step+1)
                            //获得两个视图对象的水平坐标X的值
                            let posX1 = view1?.frame.origin.x
                            let posX2 = view2?.frame.origin.x
                            //然后交换两个视图对象的水平坐标的值
                            //从而实现两个视图对象的位置的交
                            view1?.frame.origin.x = posX2!
                            view2?.frame.origin.x = posX1!
                               //记得更换两个视图对象的标识值
                            view1?.tag = j-step+1
                            view2?.tag = j+1
                            //交换数组中的两个元素的位置
                            let temp = list[j]
                            list[j] = list[j-step]
                            list[j-step] = temp
                            //将第二个循环语句的索引值减去增量，实现从后往前的遍历和比较
                            j = j - step
                        }
                        //使线程休眠0.01秒，
                        //以方便观察排序的视觉效果
                        Thread.sleep(forTimeInterval: 0.01)
                    }
                    else
                    {
                        //否则退出循环
                        break
                    }
                }
            }
            //使增量逐渐减半，直至达到结束循环的条件
            step = step / 2
        }
    }
    
    override func didReceiveMemoryWarning() {
        super.didReceiveMemoryWarning()
        // Dispose of any resources that can be recreated.
    }
}

SortView.swift文件

import UIKit

class SortView: UIView {
    //首先重写父类的初始化方法
    override init(frame: CGRect)
    {
        //设置自定义视图对象的显示区域
        super.init(frame: frame)
        self.frame = frame
    }

    //添加一个必须实现的初始化方法
    required init?(coder aDecoder: NSCoder) {
        fatalError("init(coder:) has not been implemented")
    }
    
    //重写父类的重新布局子视图方法
    //将在此视图中对视图进行外观设置
    override func layoutSubviews()
    {
        //首先获得自定义视图在界面中对Y轴坐标
        let y: CGFloat = 300 - frame.height
        //然后重新设置自定义视图的位置
        self.frame = frame
        self.frame.origin.y = y
        //根据自定义视图的高度，计算一个权重数值
        //用于生成不同的背景颜色
        let weight = frame.height / 200
        //生成不同y色相的颜色对象，从而给自定义视图设置不同的背景颜色
        //然后打开ViewController.swift文件
        let color = UIColor(hue: weight, saturation: 1, brightness: 1, alpha: 1)
        self.backgroundColor = color
    }
    /*
    // Only override draw() if you perform custom drawing.
    // An empty implementation adversely affects performance during animation.
    override func draw(_ rect: CGRect) {
        // Drawing code
    }
    */
}