特别说明:
对于算法,重在理解其思想、解决问题的方法,思路。因此,以下内容全都假定待排序序列的存储结构为:顺序存储结构。
一:插入排序算法思想
01.设待排序序列为 。插入排序将 划分为由已排序好序的 部分 以及 未排序的 部分组成;
注意:刚开始时 部分其实可认为只有一个元素,即: 元素
02.排序开始时,每次从 序列中(随机,但一般是直接取第一个元素)取出一个元素 ,将其插入到已排好序 部分的"适当位置 ",使得以下条件成立:
,{ 1 x i y m }
03.将位置 及其后的所有元素全部后移一个位置后,赋值 = 即可;
04.重复执行第 02、03 步骤,直到未排序部分为空为止;
二:直接插入排序算法
直接插入排序是严格按照前面思想设计的一种插入排序算法。因此,其编码实现参考如下:
1 // 2 // summary : 直接插入排序 3 // in param : seqlist 待排序列表.同时也是排完序列表. 4 // in param : nLen 列表长度 5 // out param : -- 6 // return : -- 7 // !!!note : 01.以下实现均假设一切输入数据都合法.即:内部不对参数全法性进行校验,默认它们全都合法有效. 8 // 02.排序开始前 seqlist 是无序的,排序结束后 seqlist 是有序的. 9 void insert_sort(int seqlist[/*nLen*/], const int nLen) { 10 auto nTemp = 0; 11 auto nInnerIdx = 0; 12 for (auto nOuterIdx = 1; nOuterIdx < nLen; ++nOuterIdx) { 13 nTemp = seqlist[nOuterIdx]; 14 for (nInnerIdx = nOuterIdx; nInnerIdx > 0; --nInnerIdx) { 15 if (nTemp >= seqlist[nInnerIdx - 1]) { 16 break; 17 } 18 seqlist[nInnerIdx] = seqlist[nInnerIdx - 1]; 19 20 } 21 seqlist[nInnerIdx] = nTemp; 22 } 23 }
直接插入排序算法编码参考
直接插入排序算法的辅助空间复杂度 ;算法是稳定的;属于原地排序算法;平均时间复杂度 ;每一趟的平均数据移动次数为 次;每一趟的平均数据比较次数为 次。
三:折半插入排序算法
从前文内容可知,为得知适当的位置 ,需要从 位置一直往前逐一比较元素,这样(每一趟的)平均比较次数是线性的(为 次)。但由于这前 个元素已经明确是有序的,因此利用这一有利条件,可以利用折半查找在 次数内定位到 位置。因此,折半插入排序算法,算是对直接插入排序的一种改进。算法编码参考如下:
1 // 2 // summary : 折半插入排序 3 // in param : seqlist 待排序列表.同时也是排完序列表. 4 // in param : nLen 列表长度 5 // out param : -- 6 // return : -- 7 // !!!note : 01.以下实现均假设一切输入数据都合法.即:内部不对参数全法性进行校验,默认它们全都合法有效. 8 // 02.排序开始前 seqlist 是无序的,排序结束后 seqlist 是有序的. 9 void binary_insert_sort(int seqlist[/*nLen*/], const int nLen) { 10 auto nTemp = 0; 11 auto nInnerIdx = 0; 12 auto nLow = 0; 13 auto nHigh = 0; 14 auto nMid = 0; 15 for (auto nOuterIdx = 1; nOuterIdx < nLen; ++nOuterIdx) { 16 nTemp = seqlist[nOuterIdx]; 17 18 nLow = 0; 19 nHigh = nOuterIdx; 20 while (nLow < nHigh) { 21 nMid = (nLow + nHigh) >> 1; 22 nTemp < seqlist[nMid] ? nHigh = nMid : nLow = nMid + 1; 23 } 24 for (nInnerIdx = nOuterIdx; nInnerIdx > nHigh; --nInnerIdx) { 25 seqlist[nInnerIdx] = seqlist[nInnerIdx - 1]; 26 } 27 seqlist[nInnerIdx] = nTemp; 28 } 29 }
折半插入排序算法编码参考
折半插入排序算法总体情况与直接插入排序是一样的,只是比较次数总体上会优于直接插入排序。算法实现上,会稍稍比直接插入排序复杂些。
四:2路插入排序算法
相比于排序元素的"关键字"比较而言,多数情况下数据的移动可能会更加的耗时些(因为现实应用中的数据可能就不止是简简单单的基础数据类型,有时候可能还是复杂的自定义类型对象)。2路插入排序算法利用额外的辅助空间,以求尽量减少直接插入排序的数据移动次数。注意:虽说移动次数会得到改善,但付出的代价也是较大的,其需要的额外辅助空间与待排序序列的空间一样大小,因此,如果在某些空间资源较为缺乏的应用场合,该算法就不太可行。
2路插入排序算法的思想:
假设待排序序列为 ,辅助序列为
01.将 的第一个元素赋值给 的第一个元素。即: = ;
02.从 中取出下一个元素 ,将其与 比较。当比 小时,则插入到 的"低端"的适当位置;如果比 大时,则插入到 的"高端"的适当位置;
注释:
a) "低端":因为 是辅助序列的第一个元素,即为顺序存储结构的第一个元素,因此,此处的"低端"是指 序列的高端部分的存储空间(即: 列表的右端部分的存储空间);
b) "高端":因为 是辅助序列的第一个元素,即为顺序存储结构的第一个元素,因此,此处的"高端"是指 序列的低端部分的存储空间(即: 列表的左端部分的存储空间);
注意:
a) 关于此处如何定位到适当位置的问题,其实算法本身是没有明确要求,因此,我们可参考直接插入排序算法思想中的定位方法,也可以参考折半插入排序算法思想中的定位方法,甚至任何其他方法(只要认为高效的)均可。下文的具体编码参考实现中,使用的是直接插入排序算法思想中的定位方法,具体见编码参考。
03.重复步骤 02 直到全部处理完整个 序列为止;
04.将辅助空间 中的数据,拷贝到 序列列表中,排序完成;
注意:
a) 2路插入排序算法在实现时,一般情况下是需要设置两个游标指针 first 与 last。其中 first 指示 的低端下界位置;last 指示 的高端上界位置;
b) 在处理上面 04点时,要先按顺序拷贝低端部分的数据,然后再按顺序拷贝高端部分的数据;
算法的编码参考如下:
1 // 2 // summary : 2路插入排序 3 // in param : seqlist 待排序列表(数组).即是输入也是输出. 4 // in param : helplist 辅助列表(数组) 5 // in param : nLen 列表长度 6 // out param : -- 7 // return : -- 8 // !!!note : 01.以下实现均假设一切输入数据都合法.即:内部不对参数全法性进行校验,默认它们全都合法有效. 9 // 02.排序开始前 seqlist 是无序的,排序结束后 seqlist 是有序的. 10 void two_way_insert_sort(int seqlist[/*nLen*/], int helplist[/*nLen*/], const int nLen) { 11 helplist[0] = seqlist[0]; 12 auto first = 0; // 已排好序的低端(即:最小值的一端).所在位置即为最小值位置索引. 13 auto last = 0; // 已排好序的高端(即:最大值的一端).所在位置即为最大值位置索引. 14 auto nTemp = 0; 15 auto nInnerIdx = 0; 16 auto nPriorIdx = 0; 17 for (auto nOuterIdx = 1; nOuterIdx < nLen; ++nOuterIdx) { 18 nTemp = seqlist[nOuterIdx]; 19 if (nTemp < helplist[first]) { 20 first = (first - 1 + nLen) % nLen; 21 helplist[first] = nTemp; 22 } else if (nTemp >= helplist[last]) { 23 ++last; 24 helplist[last] = nTemp; 25 } else { 26 nInnerIdx = ++last; 27 while (nInnerIdx != first) { 28 nPriorIdx = (nInnerIdx - 1 + nLen) % nLen; 29 if (nTemp >= helplist[nPriorIdx]) { 30 break; 31 } 32 helplist[nInnerIdx] = helplist[nPriorIdx]; 33 nInnerIdx = nPriorIdx; 34 } 35 helplist[nInnerIdx] = nTemp; 36 } 37 } 38 auto nCounter = 0; 39 while (nCounter < nLen) { 40 seqlist[nCounter] = helplist[(first + nCounter) % nLen]; 41 ++nCounter; 42 } 43 }
2路插入排序算法编码参考