java实现插入排序（详细解释代码和逻辑）

插入排序（Insertion Sort）是一种简单直观的排序算法，适合小规模数据排序。它的基本思想是通过构建有序序列，对于未排序数据，在已排序序列中从后向前扫描，找到相应位置并插入。插入排序在实现上，通常采用in-place排序（即只需用到O(1)的额外空间），因而在空间复杂度上是优秀的。以下是插入排序的Java实现，并附上详细的注释。

插入排序代码实现

public class InsertionSort {
 
    /**
     * 插入排序算法的实现
     *
     * @param array 待排序的数组
     */
    public static void insertionSort(int[] array) {
        // 从数组的第二个元素开始遍历
        for (int i = 1; i < array.length; i++) {
            // 记录当前元素的值
            int current = array[i];
            // 记录当前元素的前一个位置
            int j = i - 1;
            
            // 从当前元素的前一个位置开始向前遍历
            // 如果当前元素小于前一个元素，则将前一个元素后移一位
            while (j >= 0 && array[j] > current) {
                array[j + 1] = array[j];
                j--;
            }
            
            // 将当前元素插入到正确的位置
            array[j + 1] = current;
        }
    }
 
    /**
     * 主方法，用于测试插入排序
     *
     * @param args 命令行参数
     */
    public static void main(String[] args) {
        // 测试数据
        int[] array = {12, 11, 13, 5, 6};
        
        // 输出排序前的数组
        System.out.println("排序前：");
        printArray(array);
        
        // 进行插入排序
        insertionSort(array);
        
        // 输出排序后的数组
        System.out.println("排序后：");
        printArray(array);
    }
 
    /**
     * 输出数组的方法
     *
     * @param array 待输出的数组
     */
    public static void printArray(int[] array) {
        for (int i : array) {
            System.out.print(i + " ");
        }
        System.out.println();
    }
}

详细注释和解析

类定义：

public class InsertionSort：定义一个名为InsertionSort的公共类。

插入排序方法：

public static void insertionSort(int[] array)：定义一个静态的插入排序方法，该方法接收一个整数数组作为参数。

外层循环：

for (int i = 1; i < array.length; i++)：从数组的第二个元素开始遍历，因为第一个元素默认是有序的。

记录当前值和前一个位置：

int current = array[i]：记录当前要插入的元素的值。

int j = i - 1：记录当前元素前一个位置的索引。

内层循环（从后向前扫描）：

while (j >= 0 && array[j] > current)：从当前元素的前一个位置开始向前遍历，如果当前元素小于前一个元素，则将前一个元素后移一位。

array[j + 1] = array[j]：将前一个元素后移一位。

j--：将索引j减1，继续向前扫描。

插入元素：

array[j + 1] = current：将当前元素插入到正确的位置。

主方法（用于测试）：

public static void main(String[] args)：定义主方法，程序入口。

int[] array = {12, 11, 13, 5, 6}：定义一个待排序的数组。

printArray(array)：输出排序前的数组。

insertionSort(array)：调用插入排序方法对数组进行排序。

printArray(array)：输出排序后的数组。

输出数组的方法：

public static void printArray(int[] array)：定义一个静态方法用于输出数组元素。

for (int i : array)：使用增强型for循环遍历数组元素。

System.out.print(i + " ")：输出数组元素。

System.out.println()：换行。

插入排序的时间复杂度和空间复杂度

时间复杂度：

最坏情况下（数组是逆序的），每次插入都需要移动已排序的所有元素，因此时间复杂度为O(n^2)。

最好情况下（数组已经有序），只需进行n-1次比较，因此时间复杂度为O(n)。

平均情况下，时间复杂度为O(n^2)。

空间复杂度：

插入排序是一种原地排序算法，只需要常数级别的额外空间，因此空间复杂度为O(1)。

插入排序的适用场景

插入排序在以下情况下表现较好：

1. 小规模数据：对于小规模数据，插入排序的效率非常高。
2. 部分有序数据：如果数据集已经部分有序，那么插入排序的性能会接近O(n)。
3. 对稳定性有要求的场景：插入排序是稳定的排序算法，能够保持相同值元素的相对顺序。