本篇来学习十大排序中的插入排序，学习其算法思想并尝试实现排序。
插入排序有两种：直接插入排序和折半插入排序。
直接插入排序
直接插入排序（4，3，1，2）的流程如下图：
对于每个未排序数据，在已排序序列中从后向前扫描，找到相应位置并插入。其过程大概是这样的：
第一个元素就认为是有序的，取第二个元素，判断是否大于第一个元素。若是大于，表示已经有序，不用移动，否则将已经有序的序列整体向后移动一个位置。依此类推，直到所有元素已经有序。
可以借助上面的图来理解。
时间复杂度
需要到两层循环来处理，外层循环用于跑多少趟，而内层循环用于移动元素位置，因此时间复杂度仍为 O ( n2 )
伪代码
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void insertSort(int a[], int len) {
for i = 1; i < len; ++i {
// 后者>前者，才需要移动和插入
if a[i] < a[i - 1] {
// 记录下要移动的元素
int target = a[i];
// 将前j-1个有序的元素分别后移一个位置
int j = i;
while j > 0 && a[j - 1] > target {
a[j] = a[j - 1];
j--;
}
// 将目标元素插入对应的位置，使之有序
a[j] = target;
}
}
}
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C语言版
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void insertSort(int a[], int len) {
for (int i = 1; i < len; ++i) {
// 遇到不是有序的，才进入移动元素
if (a[i] < a[i - 1]) {
int target = a[i];
// 移动前j-1元素，分别向后移动一个位置
int j = i;
while (j > 0 && a[j - 1] > target) {
a[j] = a[j - 1];
j--;
}
// 将目标元素放到目标位置，使之有序
a[j] = target;
}
}
}
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OjbC版
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- (void)insertSort:(int[])a len:(int)len {
for (int i = 1; i < len; ++i) {
// 遇到不是有序的，才进入移动元素
if (a[i] < a[i - 1]) {
int target = a[i];
// 移动前j-1元素，分别向后移动一个位置
int j = i;
while (j > 0 && a[j - 1] > target) {
a[j] = a[j - 1];
j--;
}
// 将目标元素放到目标位置，使之有序
a[j] = target;
}
}
}
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Swift版
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func insertSort(var a: [Int]) ->[Int] {
for var i = 1; i < a.count; ++i {
if a[i] < a[i - 1] {
let target = a[i]
var j = i
while j > 0 && a[j - 1] > target {
a[j] = a[j - 1]
j--
}
a[j] = target
}
}
return a
}
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折半插入排序
从第二个元素开始逐个置入监视哨，使用low、high标签进行折半判断比较大小，并确认插入位置，该位置到最后一个数全部后移一位，然后腾出该位置，把监视哨里面的数置入该位置。依此类推进行排序，直到最后一个数比较完毕。
时间复杂度
折半插入排序, 即查找插入点的位置, 可以使用折半查找，这样可以减少比较的次数, 但是移动的次数不变，因此，时间复杂度仍为 O(n2) ;
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void binaryInsertSort(int a[], int len) {
for int i = 2; i < len; ++i {
// 将元素放到哨兵的位置
a[0] = a[i];
int low = 1;
int high = i - 1;
// 折半查找位置
while low <= high {
int mid = (low + high) / 2;
// 在低半区
if a[mid] > a[0] {
high = mid - 1;
} else { // 在高半区
low = mid + 1;
}
}
// 将前i - 1个元素后移
// 找到high，那么high+1就是i要插入的位置
for int j = i - 1; j >= high + 1; --j {
a[j + 1] = a[j];
}
// 将临时放在岗哨的元素放到所查找到的位置处
a[high + 1] = a[0];
}
}
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C语言版
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void binaryInsertSort(int a[], int len) {
for (int i = 2; i < len; ++i) {
// 第一个位置永远只是当作哨兵用
a[0] = a[i];
int low = 1;
int high = i - 1;
while (low <= high) {
int mid = (low + high) / 2;
if (a[mid] > a[0]) {
high = mid - 1;
} else {
low = mid + 1;
}
}
// 移动前i - 1个元素
for (int j = i - 1; j >= high + 1; --j) {
a[j + 1] = a[j];
}
// 放到查找到的位置处
a[high + 1] = a[0];
}
}
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Swift版
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func binaryInsertSort(var a: [Int]) ->[Int] {
for var i = 2; i < a.count; ++i {
a[0] = a[i]
var low = 1
var high = i - 1
while low <= high {
let mid = (low + high) / 2
if a[mid] > a[0] {
high = mid - 1
} else {
low = mid + 1
}
}
for var j = i - 1; j >= high + 1; --j {
a[j + 1] = a[j]
}
a[high + 1] = a[0]
}
return a
}
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小结
对于折半插入排序算法，它需要一个哨兵，数组的0号位置是用作哨兵，而不存储数据。为什么所找到的位置是high+1呢？因为最后退出while循环一定是high = mid – 1之后，导致条件low > high而退出。所以，最后所找到的位置一定是high = mid – 1，由于减了1，所以应该插入的位置是high + 1。