算法排序----插入排序法

接下来我来讲述一下插入排序法。

首先来解释一下插入排序法的原理,它的原理是每插入一个数都要将它和之前的已经完成排序的序列进行重新排序,也就是要找到新插入的数对应原序列中的位置。那么也就是说,每次插入一个数都要对原来排序好的那部分序列进行重新的排序,时间复杂度同样为O(n²)。 这种算法是稳定的排序方法。

下面我用一个图来解释一下

首先这是一个未经排序的数组


我们要做的从a[1]开始,至于为什么不是a[0]。a[0]之前没有与a[0]进行比较的元素。我们插入a[1],这个时候我们需要遍历a[1]和a[1]之前的所有元素进行比较。这个时候我们需要设置一个变量j,用来记录第一个 比 a[1]元素小的那个元素的下标,也就是a[1]要插入的位置,这个时候跳出循环,并且每发现一个比a[1]大的元素,就要令这个元素后移一位。依次类推的算法直到整个数组的最后一个。

以a[4]为例,假设a[3]  (注意,这个地方,从a[0]到a[3]已经完成了排序)小于 a[4] ,那么就j的值是 3

那么这个时候 a[4] 就应该放在 下标是3+1 = 4的位置处


下面我来展示一下我的代码并对代码进行具体的解释。

/**
	 * 插入排序法<br>
	 * <font color="red">时间复杂度: n²</font>
	 * @param array
	 * @return
	 */
public int[] insertSort(int[] array){
	
	//直接插入排序
			//在排序之前我们需要搞清一个思路,新插入一个数据的时候,排序过后的数组都是
			//从小到大排列好的,所以我们需要从后往前查找,直到找到比我们要插入的数字还小的
			//值。这个时候我们需要一个变量j作为标识
			for(int i = 1;i<array.length;i++){
				int temp = array[i];
				int j;
				for(j = i-1;j>=0;j--){
					//将大于temp的数向后移动一步
					if(array[j]>temp){
						array[j+1] = array[j];//记录j的值也就是temp要插入的位置
					}else{
						break;
					}
				}
				array[j+1] = temp;
			}
			
		
	return array;
}

我们可以看到,这个数组我是从 array[1] 开始的 。令temp 等于 array[i]。 将 i之前的所有元素和它对比。注意是倒序对比。因为实际上,每找到一个比array[i]大的元素 就要让它向后移动一位,空出一个位置,最后空出的位置就是temp 应该在的位置。

举个例子,a[5] 在排序中,假设 a[4] 比 a[5] 大,那么原先数组的 a[5] 值就要变成 a[4] 了 。这个时候 j 是 4.


那么如果这个时候a[3] 比 a[5] 小呢,那么循环就要跳出。j的值是3


那么这个temp的值应该放在哪里呢,很明显应该是 a[4]才对啊。

这就是插入排序法,它和冒泡排序法一样,适合于所有的情况。但是缺点就是时间消耗会非常大。


### 折半插入排序算法详解 #### 定义与原理 折半插入排序是对直接插入排序的一种优化版本。该算法通过减少关键字之间的比较次数来提高效率,在每次插入新元素时,不是线性扫描已排序的部分,而是使用二分查找找到合适的插入位置[^3]。 #### 算法特点 - **时间复杂度**:平均情况下为 O(n log n),最坏情况下的时间复杂度仍为 O(n²)。 - **空间复杂度**:O(1),因为只需要常量级别的额外存储空间。 - **稳定性**:稳定排序算法,保持相同元素原有的相对次序不变。 #### 实现逻辑 对于长度为 `n` 的数组,从第二个元素开始遍历至最后一个元素;每轮迭代中,当前待处理的元素被取出并与之前已经排好序的小规模子数组中的元素对比,利用二分查找定位其应放置的位置并完成插入操作。 以下是 C++ 中实现的一个简单例子: ```cpp void binaryInsertionSort(int arr[], size_t n){ int i, j; for(i = 1; i < n; ++i){// 遍历整个列表 int key = arr[i]; int left = 0; int right = i - 1; /* 使用二分查找确定key应该插入的位置 */ while(left <= right){ int mid = (left + right) / 2; if(key < arr[mid]){ right = mid - 1; } else{ left = mid + 1; } } // 移动较大的元素向右移动一位 for(j = i - 1; j >= left ; --j){ arr[j + 1] = arr[j]; } // 插入key到正确位置 arr[left] = key; } } ``` 此函数接收两个参数——一个整型指针指向要排序的数据集以及表示数据集中元素数量的无符号整形变量。它按照上述说明执行折半插入排序,并最终返回原地修改后的有序数组。
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