插入排序
插入排序(Insertion Sort)的算法描述是一种简单直观的排序算法。它的工作原理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)的额外空间的排序),因而在从后向前扫描过程中,需要反复把已排序元素逐步向后挪位,为最新元素提供插入空间。
最早拥有排序概念的机器出现在1901至1904年间由Hollerith发明出使用基数排序法的分类机,此机器系统包括打孔,制表等功能,1908年分类机第一次应用于人口普查,并且在两年内完成了所有的普查数据和归档。
Hollerith在1896年创立的分类机公司的前身,为电脑制表记录公司(CTR)。他在电脑制表记录公司(CTR)曾担任顾问工程师,直到1921年退休。而电脑制表记录公司(CTR)在1924年正式改名为IBM
算法描述
一般来说,插入排序都采用in-place在数组上实现。具体算法描述如下:
- 从第一个元素开始,该元素可以认为已经被排序
- 取出下一个元素,在已经排序的元素序列中从后向前扫描
- 如果该元素(已排序)大于新元素,将该元素移到下一位置
- 重复步骤3,直到找到已排序的元素小于或者等于新元素的位置
- 将新元素插入到该位置中
- 重复步骤2~5
如果比较操作的代价比交换操作大的话,可以采用二分查找法来减少比较操作的数目。该算法可以认为是插入排序的一个变种,称为二分查找排序。
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示例代码
void insertion_sort(char array[], unsigned int first, unsigned int last) { int i,j; int temp; for (i = first+1; i<=last;i++) { temp = array[i]; j=i-1; //与已排序的数逐一比较,大于temp时,该数移后 while((j>=first) && (array[j] > temp)) //当first=0,j循环到-1时,由于[[短路求值]],不会运算array[-1] { array[j+1] = array[j]; j--; } array[j+1] = temp; //被排序数放到正确的位置 } }
算法复杂度
如果目标是把n个元素的序列升序排列,那么采用插入排序存在最好情况和最坏情况。最好情况就是,序列已经是升序排列了,在这种情况下,需要进行的比较操作需(n-1)次即可。最坏情况就是,序列是降序排列,那么此时需要进行的比较共有n(n-1)/2次。插入排序的赋值操作是比较操作的次数减去(n-1)次。平均来说插入排序算法复杂度为O(n2)。因而,插入排序不适合对于数据量比较大的排序应用。但是,如果需要排序的数据量很小,例如,量级小于千,那么插入排序还是一个不错的选择。
插入排序在工业级库中也有着广泛的应用,在STL的sort算法和stdlib的qsort算法中,都将插入排序作为快速排序的补充,用于少量元素的排序(通常为8个或以下)。