一、基本思想
通过构建有序序列,对于未排序数据,在已排序序列中从后向前扫描,找到相应的位置并插入。
插入排序非常类似于整扑克牌。
在开始摸牌时,左手是空的,牌面朝下放在桌上。接着,一次从桌上摸起一张牌,并将它插入到左手一把牌中的正确位置上。为了找到这张牌的正确位置,要将它与手中已有的牌从右到左地进行比较。无论什么时候,左手中的牌都是排好序的。
如果输入数组已经是排好序的话,插入排序出现最佳情况,其运行时间是输入规模的一个线性函数。如果输入数组是逆序排列的,将出现最坏情况。平均情况与最坏情况一样,其时间代价是Θ(n2)。
也许你没有意识到,但其实你的思考过程是这样的:现在抓到一张7,把它和手里的牌从右到左依次比较,7比10小,应该再往左插,7比5大,好,就插这里。为什么比较了10和5就可以确定7的位置?为什么不用再比较左边的4和2呢?因为这里有一个重要的前提:手里的牌已经是排好序的。现在我插了7之后,手里的牌仍然是排好序的,下次再抓到的牌还可以用这个方法插入。编程对一个数组进行插入排序也是同样道理,但和插入扑克牌有一点不同,不可能在两个相邻的存储单元之间再插入一个单元,因此要将插入点之后的数据依次往后移动一个单元。
思想:
插入排序就是每一步都将一个待排数据按其大小插入到已经排序的数据中的适当位置,直到全部插入完毕。
插入排序方法分直接插入排序和折半插入排序两种,这里只介绍直接插入排序,折半插入排序留到“查找”内容中进行。
插入排序:插入即表示将一个新的数据插入到一个有序数组中,并继续保持有序。例如有一个长度为N的无序数组,进行N-1次的插入即能完成排序;第一次,数组第1个数认为是有序的数组,将数组第二个元素插入仅有1个有序的数组中;第二次,数组前两个元素组成有序的数组,将数组第三个元素插入由两个元素构成的有序数组中......第N-1次,数组前N-1个元素组成有序的数组,将数组的第N个元素插入由N-1个元素构成的有序数组中,则完成了整个插入排序。
图1演示了对4个元素进行直接插入排序的过程,共需要(a),(b),(c)三次插入。
以下面5个无序的数据为例:
65 27 59 64 58 (文中仅细化了第四次插入过程)
第1次插入: 27 65 59 64 58
第2次插入: 27 59 65 64 58
第3次插入: 27 59 64 65 58
第4次插入: 27 58 59 64 65
从前向后查找的插入排序:
/******************************************************** *函数名称:InsertSort *参数说明:pDataArray 无序数组; * iDataNum为无序数据个数 *说明: 插入排序 *********************************************************/ void InsertSort(int* pDataArray, int iDataNum) { for (int i = 1; i < iDataNum; i++) //从第2个数据开始插入 { int j = 0; while (j < i && pDataArray[j] <= pDataArray[i]) //寻找插入的位置 j++; if (j < i) //i位置之前,有比pDataArray[i]大的数,则进行挪动和插入 { int k = i; int temp = pDataArray[i]; while (k > j) //挪动位置 { pDataArray[k] = pDataArray[k-1]; k--; } pDataArray[k] = temp; //插入 } } }
但楼主发现从后面查找插入的方式,代码复杂程度较低:
/******************************************************** *函数名称:InsertSort *参数说明:pDataArray 无序数组; * iDataNum为无序数据个数 *说明: 插入排序 *********************************************************/ void InsertSort(int* pDataArray, int iDataNum) { for (int i = 1; i < iDataNum; i++) //从第2个数据开始插入 { int j = i - 1; int temp = pDataArray[i]; //记录要插入的数据 while (j >= 0 && pDataArray[j] > temp) //从后向前,找到比其小的数的位置 { pDataArray[j+1] = pDataArray[j]; //向后挪动 j--; } if (j != i - 1) //存在比其小的数 pDataArray[j+1] = temp; } }
算法优化:折半插入
插入排序中,总是先寻找插入位置,然后在实行挪动和插入过程;寻找插入位置采用顺序查找的方式(从前向后或者从后向前),既然需要插入的数组已经是有序的,那么可以采用二分查找方法来寻找插入位置,提高算法效率,但算法的时间复杂度仍为O(n2)。
//查找数值iData在长度为iLen的pDataArray数组中的插入位置 int FindInsertIndex(int *pDataArray, int iLen, int iData) { int iBegin = 0; int iEnd = iLen - 1; int index = -1; //记录插入位置 while (iBegin <= iEnd) { index = (iBegin + iEnd) / 2; if (pDataArray[index] > iData) iEnd = index - 1; else iBegin = index + 1; } if (pDataArray[index] <= iData) index++; return index; } /******************************************************** *函数名称:BinaryInsertSort *参数说明:pDataArray 无序数组; * iDataNum为无序数据个数 *说明: 二分查找插入排序 *********************************************************/ void BinaryInsertSort(int* pDataArray, int iDataNum) { for (int i = 1; i < iDataNum; i++) //从第2个数据开始插入 { int index = FindInsertIndex(pDataArray, i, pDataArray[i]); //二分寻找插入的位置 if (i != index) //插入位置不为i,才挪动、插入 { int j = i; int temp = pDataArray[i]; while (j > index) //挪动位置 { pDataArray[j] = pDataArray[j-1]; j--; } pDataArray[j] = temp; //插入 } } }