九大排序之——插入排序

2023-05-16

直接插入排序:


思想:


将要排序的序列看成两个序列,一个是有序序列,另一个是无序序列,每次取无序序列中的元素往有序序列中的合适位置插入,直到无序序列为空,排序完成。


图解示例(红色为有序序列黑色为无序序列)




执行步骤:


(1)一个数可以认为是有序的,所以第一次区间划分如上图;

(2)在无序序列中取一个数,从有序序列的最后一个数开始向前扫描,若该元素大于前一个元素则插入该位置;

(3)重复执行(2);

(4)待无序序列为空时排序完成。


代码实现:


#include<iostream>
#include<assert.h>
using namespace std;

template<class T>
void Print(const T* a, size_t n)
{
	for (size_t i = 0; i < n; ++i)
	{
		cout << a[i] << " ";
	}
	cout << endl;
}

template<class T>
struct Less		//升序
{
	bool operator()(const T& l, const T& r)
	{
		return l < r;
	}
};

template <class T>
struct Great	//降序
{
	bool operator()(const T& l, const T& r)
	{
		return l > r;
	}
};

template<class T,class Compare>
void InsertSort(T* a, size_t n)		//插入排序
{
	assert(a);
	for (size_t i = 1; i < n; ++i)
	{
		int end = i - 1;	//end用来保存有序区间的最后一个数据的位置
		T temp = a[i];		//temp用来保存无序区间的第一个数据,也是即将要插入有序区间的数据

		while (end >= 0)
		{
			if (Compare()(temp, a[end]))	//利用仿函数实现比较
			{
				a[end + 1] = a[end];		//为temp[i]留出合适的位置
				end--;
			}
			else
				break;
		}
		a[end+1] = temp;		//将temp插入到合适的位置
	}
}


void TestInsertSort()
{
	int a[] = { 3, 5, 7, 2, 4, 1, 9, 8, 6 };
	InsertSort<int, Less<int>>(a, sizeof(a) / sizeof(a[0]));//升序
	Print(a, sizeof(a) / sizeof(a[0]));
	InsertSort<int, Great<int>>(a, sizeof(a) / sizeof(a[0]));//降序
	Print(a, sizeof(a) / sizeof(a[0]));
}

template<class T,class Compare>
void ShellSort(T* a,size_t n)
{
	assert(a);
	int gap = n;
	while (gap > 1)
	{
		gap = gap / 3 + 1;	//+1是为了最后一次对全体数据进行插入排序
		for (size_t i = gap; i < n; i++)
		{
			int end = i - gap;
			T tmp = a[i];

			while (end >= 0)
			{
				if (Compare()(tmp, a[end]))
				{
					a[end + gap] = a[end];
					end = end - gap;
				}
				else
					break;
			}
			a[end + gap] = tmp;
		}
	}
}

void TestShellSort()
{
	int a[] = { 2, 5, 4, 9, 3, 6, 8, 7, 1, 0 };
	ShellSort<int, Less<int>>(a, sizeof(a) / sizeof(a[0]));
	Print(a, sizeof(a) / sizeof(a[0]));
	ShellSort<int, Great<int>>(a, sizeof(a) / sizeof(a[0]));
	Print(a, sizeof(a) / sizeof(a[0]));
}

template<class T,class Compare>
void SelectSort(T* a, size_t n)
{
	assert(a);
	for (size_t i = 1; i < n; ++i)
	{
		int minIndex = i;	//未排序区间的最小数据下标
		int start = i - 1;	//未排序区间的第一个数据下标

		//选出第二部分最小数据
		for (size_t j = i + 1; j < n - 1; ++j)	//用i+1来不断的缩小j的范围
		{
			if (Compare()(a[j + 1], a[minIndex]))
				swap(a[j + 1], a[minIndex]);
			else
				break;
		}

		//第二部分最小数据和第三部第一个数据进行比较
		if (Compare()(a[minIndex], a[start]))
			swap(a[minIndex], a[start]);
	}
}

void TestSelectSort()
{
	int a[] = { 2, 5, 4, 9, 3, 6, 8, 7, 1, 0 };
	SelectSort<int, Less<int>>(a, sizeof(a) / sizeof(a[0]));
	Print(a, sizeof(a) / sizeof(a[0]));
	SelectSort<int, Great<int>>(a, sizeof(a) / sizeof(a[0]));
	Print(a, sizeof(a) / sizeof(a[0]));
}


运行结果:



复杂度与稳定性分析:


最坏时间复杂度:O(n^2)序列处于逆序或基本逆序的情况下

最好时间复杂度:O(n)序列有序或基本有序的情况下

空间复杂度:O(1)

性:稳定

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