Update bubble sort and insertion sort.

This commit is contained in:
krahets
2023-05-23 21:20:14 +08:00
parent abecea9ab6
commit eb8df49993
17 changed files with 60 additions and 57 deletions
+16 -12
View File
@@ -1,8 +1,10 @@
# 插入排序
「插入排序 Insertion Sort」是一种基于数组插入操作的排序算法。具体来说,选择一个待排序的元素作为基准值 `base` ,将 `base` 与其左侧已排序区间的元素逐一比较大小,并将其插入到正确的位置
「插入排序 Insertion Sort」是一种简单的排序算法,它的工作原理与手动整理一副牌的过程非常相似
回顾数组插入操作,我们需要将从目标索引到 `base` 之间的所有元素向右移动一位,然后再将 `base` 赋值给目标索引
具体来说,我们在未排序区间选择一个基准元素,将该元素与其左侧已排序区间的元素逐一比较大小,并将该元素插入到正确的位置
回忆数组的元素插入操作,设基准元素为 `base` ,我们需要将从目标索引到 `base` 之间的所有元素向右移动一位,然后再将 `base` 赋值给目标索引。
![单次插入操作](insertion_sort.assets/insertion_operation.png)
@@ -10,9 +12,10 @@
插入排序的整体流程如下:
1. 首先,选取数组的第 2 个元素作为 `base` ,执行插入操作后,**数组的前 2 个元素已排序**
2. 接着,选取第 3 个元素作为 `base` 执行插入操作后,**数组的前 3 个元素已排序**。
3. 以此类推,在最后一轮中,选取数组尾元素作为 `base` ,执行插入操作后,**所有元素已排序**。
1. 初始状态下,数组的第 1 个元素已完成排序。
2. 选取数组的2 个元素作为 `base` 将其插入到正确位置后,**数组的前 2 个元素已排序**。
3. 选取第 3 个元素作为 `base` ,将其插入到正确位置后,**数组的前 3 个元素已排序**。
4. 以此类推,在最后一轮中,选取最后一个元素作为 `base` ,将其插入到正确位置后,**所有元素均已排序**。
![插入排序流程](insertion_sort.assets/insertion_sort_overview.png)
@@ -86,14 +89,15 @@
## 插入排序优势
回顾冒泡排序和插入排序的复杂度分析,两者的循环轮数都是 $\frac{(n - 1) n}{2}$ 。然而,它们之间存在以下差异:
插入排序的时间复杂度为 $O(n^2)$ ,而我们即将学习的快速排序的时间复杂度为 $O(n \log n)$ 。尽管插入排序的时间复杂度相比快速排序更高,**但在数据量较小的情况下,插入排序通常更快**。这是因为快速排序属于基于分治的排序算法,包含更多单元计算操作。而在数据量较小时,复杂度中的常数项起主导作用。这个现象与线性查找和二分查找的适用情况相似。
- 冒泡操作基于元素交换实现,需要借助一个临时变量,共涉及 3 个单元操作;
- 插入操作基于元素赋值实现,仅需 1 个单元操作;
实际上,许多编程语言(例如 Java)的内置排序函数都采用了插入排序,大致思路为:
粗略估计下来,冒泡排序的计算开销约为插入排序的 3 倍,因此插入排序更受欢迎。实际上,许多编程语言(如 Java)的内置排序函数都采用了插入排序,大致思路为:
- 对于长数组,采用基于分治的排序算法,例如快速排序,时间复杂度为 $O(n \log n)$
- 对于短数组,直接使用插入排序,时间复杂度为 $O(n^2)$ ;
- 对于长数组,采用基于分治的排序算法,例如「快速排序」,时间复杂度为 $O(n \log n)$
- 对于短数组,直接使用「插入排序」,时间复杂度为 $O(n^2)$ ;
虽然冒泡排序、选择排序和插入排序的时间复杂度为 $O(n^2)$ ,但在实际情况中,插入排序出现的频率远远高于冒泡排序和选择排序。这是因为:
尽管插入排序的时间复杂度高于快速排序,**但在数据量较小的情况下,插入排序实际上更快**。这是因为在数据量较小时,复杂度中的常数项(即每轮中的单元操作数量)起主导作用。这个现象与「线性查找」和「二分查找」的情况相似
- 冒泡排序基于元素交换实现,需要借助一个临时变量,共涉及 3 个单元操作;插入排序基于元素赋值实现,仅需 1 个单元操作。因此,**冒泡排序的计算开销通常比插入排序更高**
- 选择排序在任何情况下的时间复杂度都为 $O(n^2)$ 。**如果给定一组部分有序的数据,插入排序通常比选择排序效率更高**。
- 选择排序不稳定,无法应用于多级排序。