排序 - 插入排序(Insertion Sort)详解
插入排序介绍
插入排序(Insertion Sort) ，一般也被称为 直接插入排序(Straight Insertion Sort) 。对于少量元素的排序，它是一个有效的算法。插入排序是一种最简单的排序方法，将一个记录插入到已经排好序的有序表中，从而一个新的、记录数增1的有序表。在其实现过程使用双层循环，外层循环对除了第一个元素之外的所有元素，内层循环对当前元素前面有序表进行待插入位置查找，并进行移动。
插入排序的基本思想是：
把n个待排序的元素看成为一个有序表和一个无序表。开始时有序表中只包含1个元素，无序表中包含有n-1个元素，排序过程中每次从无序表中取出第一个元素，将它插入到有序表中的适当位置，使之成为新的有序表，重复n-1次可完成排序过程。
插入排序说明
插入排序代码
/*
* 直接插入排序
* 参数说明：
* a -- 待排序的数组
* n -- 数组的长度
*/
void insert_sort(int a[], int n)
{
int i, j, k;
for (i = 1; i < n; i++)
{
//为a[i]在前面的a[0...i-1]有序区间中找一个合适的位置
for (j = i - 1; j >= 0; j--)
if (a[j] < a[i])
break;
//如找到了一个合适的位置
if (j != i - 1)
{
//将比a[i]大的数据向后移
int temp = a[i];
for (k = i - 1; k > j; k--)
a[k + 1] = a[k];
//将a[i]放到正确位置上
a[k + 1] = temp;
}
}
}
下面选取直接插入排序的一个中间过程对其进行说明。假设{20,30,40,10,60,50}中的前3个数已经排列过，是有序的了；接下来对10进行排列。示意图如下：
图中将数列分为有序区和无序区。我们需要做的工作只有两个：
- 取出无序区中的第1个数，并找出它在有序区对应的位置。
- 将无序区的数据插入到有序区；若有必要的话，则对有序区中的相关数据进行移位。
时间复杂度和稳定性
插入排序时间复杂度
直接插入排序的时间复杂度是O(N2)。
假设被排序的数列中有N个数。遍历一趟的时间复杂度是O(N)，需要遍历多少次呢？N-1！因此，直接插入排序的时间复杂度是O(N2)。
插入排序稳定性
直接插入排序是稳定的算法，它满足稳定算法的定义。
算法稳定性 ：假设在数列中存在a[i]=a[j]，若在排序之前，a[i]在a[j]前面；并且排序之后，a[i]仍然在a[j]前面。则这个排序算法是稳定的！
插入排序实现
插入排序C实现
实现代码(insert_sort.c)
#include <stdio.h>
// 数组长度
#define LENGTH(array) ( (sizeof(array)) / (sizeof(array[0])) )
/*
* 直接插入排序
* 参数说明：
* a -- 待排序的数组
* n -- 数组的长度
*/
void insert_sort(int a[], int n)
{
int i, j, k;
for (i = 1; i < n; i++)
{
//为a[i]在前面的a[0...i-1]有序区间中找一个合适的位置
for (j = i - 1; j >= 0; j--)
if (a[j] < a[i])
break;
//如找到了一个合适的位置
if (j != i - 1)
{
//将比a[i]大的数据向后移
int temp = a[i];
for (k = i - 1; k > j; k--)
a[k + 1] = a[k];
//将a[i]放到正确位置上
a[k + 1] = temp;
}
}
}
void main()
{
int i;
int a[] = {20,40,30,10,60,50};
int ilen = LENGTH(a);
printf("before sort:");
for (i=0; i<ilen; i++)
printf("%d ", a[i]);
printf("\n");
insert_sort(a, ilen);
printf("after sort:");
for (i=0; i<ilen; i++)
printf("%d ", a[i]);
printf("\n");
}
插入排序C++实现
实现代码(InsertSort.cpp)
#include <iostream>
using namespace std;
/*
* 直接插入排序
* 参数说明：
* a -- 待排序的数组
* n -- 数组的长度
*/
void insertSort(int* a, int n)
{
int i, j, k;
for (i = 1; i < n; i++)
{
//为a[i]在前面的a[0...i-1]有序区间中找一个合适的位置
for (j = i - 1; j >= 0; j--)
if (a[j] < a[i])
break;
//如找到了一个合适的位置
if (j != i - 1)
{
//将比a[i]大的数据向后移
int temp = a[i];
for (k = i - 1; k > j; k--)
a[k + 1] = a[k];
//将a[i]放到正确位置上
a[k + 1] = temp;
}
}
}
int main()
{
int i;
int a[] = {20,40,30,10,60,50};
int ilen = (sizeof(a)) / (sizeof(a[0]));
cout << "before sort:";
for (i=0; i<ilen; i++)
cout << a[i] << " ";
cout << endl;
insertSort(a, ilen);
cout << "after sort:";
for (i=0; i<ilen; i++)
cout << a[i] << " ";
cout << endl;
return 0;
}
插入排序Java实现
实现代码(InsertSort.java)
public class InsertSort {
/*
* 直接插入排序
* 参数说明：
* a -- 待排序的数组
* n -- 数组的长度
*/
public static void insertSort(int[] a, int n) {
int i, j, k;
for (i = 1; i < n; i++) {
//为a[i]在前面的a[0...i-1]有序区间中找一个合适的位置
for (j = i - 1; j >= 0; j--)
if (a[j] < a[i])
break;
//如找到了一个合适的位置
if (j != i - 1) {
//将比a[i]大的数据向后移
int temp = a[i];
for (k = i - 1; k > j; k--)
a[k + 1] = a[k];
//将a[i]放到正确位置上
a[k + 1] = temp;
}
}
}
public static void main(String[] args) {
int i;
int[] a = {20,40,30,10,60,50};
System.out.printf("before sort:");
for (i=0; i<a.length; i++)
System.out.printf("%d ", a[i]);
System.out.printf("\n");
insertSort(a, a.length);
System.out.printf("after sort:");
for (i=0; i<a.length; i++)
System.out.printf("%d ", a[i]);
System.out.printf("\n");
}
}
上面3种实现的原理和输出结果都是一样的。下面是它们的输出结果：
before sort:20 40 30 10 60 50
after sort:10 20 30 40 50 60