插入排序算法的实现和优化~

简介: 插入排序算法的实现和优化~

插入排序的基本思想:

在一个已排好序的记录子集的基础上,每一步将下一个待排序的记录有序插入到已排好序的记录子集中,直到将所有待排记录全部插入为止

直接插入排序

直接插入排序是一种最基本的插入排序方法,元素的插入和排序同时进行,其基本操作为,如下图所示:


文字描述(以升序为例):

1:将数组分为两个区域,排序区域和未排序区域,每一轮从未排序区域中取出第一个元素,插入到排序区域(需保证顺序)

2:重复以上步骤,直到整个数组有序

package bin_find;
import java.util.Arrays;
public class Insert_sort {
    public static void main(String[] args) {
        int arr[]={3,1,29,4,8,10,71,22};
        sort(arr);
    }
    public static void sort(int arr[]){
        //起初将数组的第一个元素视为有序区域,剩下元素即为无序区域,因此无序区域应为下标为1的元素
        for(int i=1;i<arr.length;i++){
            //暂存区域的元素始终为无序区域的第一个元素
            int t=arr[i];
            //j始终为有序区域的最后一个元素下标
            int j=i-1;
            //该循环完成的是比较+移动的操作,循环次数为比较次数,也就是有序数组的长度
            while(j>=0){
                //当暂存区域元素小于有序区域的最后一个元素时
                if(t<arr[j]){
                    //将有序区域的元素向后移动一位
                    arr[j+1]=arr[j];
                }
                //否则本轮排序结束
                else{
                    break;
                }
                j--;//表示将暂存区域的元素与有序区域的元素一一进行比较,直到比较完有序区域的第一个元素
            }
            arr[j+1]=t;//将元素插入对应的位置
            System.out.println("第"+i+"趟插入排序的结果为:"+Arrays.toString(arr));
        }
    }
}

输出如下:

第1趟插入排序的结果为:[1, 3, 29, 4, 8, 10, 71, 22]
第2趟插入排序的结果为:[1, 3, 29, 4, 8, 10, 71, 22]
第3趟插入排序的结果为:[1, 3, 4, 29, 8, 10, 71, 22]
第4趟插入排序的结果为:[1, 3, 4, 8, 29, 10, 71, 22]
第5趟插入排序的结果为:[1, 3, 4, 8, 10, 29, 71, 22]
第6趟插入排序的结果为:[1, 3, 4, 8, 10, 29, 71, 22]
第7趟插入排序的结果为:[1, 3, 4, 8, 10, 22, 29, 71]

优化方式:

1.待插入元素进行比较时,遇到比自己小的元素,就代表找到了插入位置,直接循环退出,无需进行后续比较

2.插入时可以直接移动元素,而不是交换元素

选择排序比较:

1:二者平均时间复杂度都是 0(n^2)
2:大部分情况下,插入都略优于选择
3:有序集合插入的时间复杂度为 0(n)
4:插入属于稳定排序算法,而选择属于不稳定排序

上述的选择排序并不是最优的,当某些元素从起始位置移动到最终位置需要移动的次数过多时,这会很麻烦,如下所示:

假设我们需要将下述的无序数组通过插入排序使之成为有序数组,那么元素9会移动7次!

对于这种情况,我们可以使用希尔排序!

希尔排序:[掌握思路]

步骤:

以上述实例为例进行:

第一步:选择间距为4的元素进行插入排序

排序后的结果为:


第2步:选择间距为2的元素进行插入排序

排序后的结果为:

第3步:选择间距为1的元素进行插入排序,也就是普通的插入排序,排序结果如下:


使用希尔排序,我们通过上述步骤,可以看出元素9只移动了3次

对于间隙的选择是多种多样的,不同的队列选择它的时间复杂度也是不同的,这里我们主要学习它的思路

练习题:

one:


答案为:9,18,19,23,23,15

two:

答案为:9,15,18,19,23,23

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