排序 - 插入排序 [1 - 直接插入排序]

在这篇文章中,你将看到最容易理解的一种排序方法:直接插入排序。

请保证你有连续的20分钟来看这个算法,如果你用2分钟就看明白了,好吧,你一定是超人。

首先来描述下直接插入排序的算法,我们以升序为例。

数据准备:一个无序的整形数组: {5, 8, 2, 7, 11, 20, 9, 1}

算法介绍:

  1. 当某个数组中只有一个元素的时候,我们认为此数组是有序的。

    比如:{5},他只有一个元素,那他就是有序的,ok?

  2. 从需要排序的数组的第二个元素开始,我们将对他进行插入排序;

  3. 在上面的数组中第二个元素是 8 对吧?

  4. 真正的排序马上开始;

  5. 我们拿到了 8, 同他前面所有的有序的子数组的每个元素进行比较,

    对于我们的例子来讲,8 前面的“有序的子数组”就是 {5},

    那么 8 会跟 5 去比较。

    比较的结果是 8 > 5,则不做任何处理;

    8 接下来跟子数组的其他元素比较,我们发现已经比较完了,

    那么ok,对 8 这个元素,因为他跟5相比,本身就是升序,所以我们没有做任何移动;

  6. 到此,你会不会说我在说废话?没关系,好戏马上开始了。

    8 的下一个元素是2。

    2 也会跟他前面的“有序的子数组” 进行比较,此时这个子数组是 {5, 8},

    所以这次需要跟两个元素进行比较。

那么先跟谁比呢?答案是先跟 8 比较,具体过程如下,

1) 2 > 8 吗?不大于,好的,2 和 8 交换位置。

啊?不是吧?你不知道交换位置是怎么回事吗?那我先说下这个吧:


比如 你有两个瓶子,一个瓶子装着醋,一个瓶子装着酱油,现在你突然发神经,想要把这俩瓶子换换个。
怎么办呢?好办,你去找一个你喝过的雪碧的瓶子,你会这么做:
把醋倒到雪碧瓶子,那么醋瓶子就空了;
把酱油倒到醋瓶子,那么酱油瓶子就空了,此时醋瓶子里面装了酱油哈;
把雪碧瓶子的醋倒到酱油瓶子里,那么雪碧瓶子空了,此时酱油瓶子就装了醋了。


则交换后数组看起来是这样:
{5, 2, 8, ...} ,...代表剩下的未经排序的元素,因为暂时还不涉及他们,故省略;

2) 那么接下来,2 和 5 比较,2 > 5 吗?不大于,同理,2 和 5交换,交换后变成这样:

{2, 5, 8, ...}

3) 接下来还要比较吗?不用了,因为{5, 8}这两个元素已经比较完了。

好的,到此为止,我们看到的数组是这样的:
{2, 5, 8, 7, 11, 20, 9, 1}


下面的问题就以此类推了,很简单,我们继续啰嗦下下一个元素: 7 的排序过程:

 7的前面的“有序的子数组”是{2, 5, 8},因此,他需要比较3次。

 同理,从后往前做比较,先跟8比:

 1) 7 > 8 吗?不大于,好的交换,则为{2, 5, 7, 8};

 2) 7 > 5 吗?是的,大于,好的,到此,我们可以停下来了;

 3) 呃?你是说break吗?是的,就是break,为什么可以break呢?因为我们知道待比较的子数组是有序的,

    所以呢,5前面的数字一定比5小(当然也可能等于,本例中没有出现这个情况而已,不管怎么样,他一定是小于等于5的)

    那么,我们可以百分百确定,7不会出现在5的前面,所以就不跟前面的数字进行比较了。

我相信,如果你按照上面的自己一步步读下来,一定可以把最初的数组排序成功。


算法讲完了,那么我们来了解下他的时间复杂度是多少呢?
时间复杂度,是O(n^2);这个时间复杂度我说不太清了,大家还是百度或谷歌吧。
空间复杂度,就是O(1)吧,因为我们只用了一个临时空间。


说到最后还是要用代码来实现,这是我的Java实现:

static void insertSort(int[] array) {
int tmp = 0;
for (int i = 1; i < array.length; i++) {
  tmp = array[i];
         
  for (int j = i - 1; j >= 0; j--) {
    if (array[j] > tmp) {
      array[j+1] = array[j];
      array[j] = tmp;
    }
    else {
      break;
    } // End of else
  } // End of for (j)
 } // End of for (i)
} // End of insertSort(..)

能看懂吗?
简单描述下:

第三行的for循环从 1 开始,咦?为什么是 1 呢? 数组下标不是从 0 开始吗?

对,你说的是对的,数组下标是从 0 开始,但对于我们的算法来讲,

从 0 开始,0 号元素前面是没有任何 “有序的子数组” 的,故我们从 1 开始,

那么 1 号元素前面的“有序的子数组”就是 {0号元素}。

接下来,我们在第四行,把 i 号元素的值保存到 tmp 了;

下面第6行又是一个循环,在这个循环中,我们从 i - 1 开始,比较 i - 1 元素的值与 tmp 之间的关系。

如果要比较的元素 大于 tmp 了,那么就把他们换换位置;

否则呢,就break。

这里break的原因在上面已经讲到了。

此讲结束,下一讲准备是来说说 直接插入排序的改进算法:希尔排序。

不知道你看完并理解整个过程花了多长时间呢?20分钟够吗?如果不够,原因是什么,是我写的不够详细看不明白?还是我写的太多了,光读文字就花了半小时呢 嘿嘿。

Anyway, hope this helps.

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