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synced 2026-04-13 12:19:54 +08:00
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This commit is contained in:
@@ -1729,10 +1729,11 @@
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<p align="center"> Fig. 单次插入操作 </p>
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<h2 id="1131">11.3.1. 算法流程<a class="headerlink" href="#1131" title="Permanent link">¶</a></h2>
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<p>循环执行插入操作:</p>
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<ol>
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<li>第 1 轮先选取数组的 <strong>第 2 个元素</strong> 为 <code>base</code> ,执行「插入操作」后,<strong>数组前 2 个元素已完成排序</strong>。</li>
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<li>第 2 轮选取 <strong>第 3 个元素</strong> 为 <code>base</code> ,执行「插入操作」后,<strong>数组前 3 个元素已完成排序</strong>。</li>
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<li>以此类推……最后一轮选取 <strong>数组尾元素</strong> 为 <code>base</code> ,执行「插入操作」后,<strong>所有元素已完成排序</strong>。</li>
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<li>先选取数组的 <strong>第 2 个元素</strong> 为 <code>base</code> ,执行插入操作后,<strong>数组前 2 个元素已完成排序</strong>。</li>
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<li>选取 <strong>第 3 个元素</strong> 为 <code>base</code> ,执行插入操作后,<strong>数组前 3 个元素已完成排序</strong>。</li>
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<li>以此类推……最后一轮选取 <strong>数组尾元素</strong> 为 <code>base</code> ,执行插入操作后,<strong>所有元素已完成排序</strong>。</li>
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</ol>
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<p><img alt="插入排序流程" src="../insertion_sort.assets/insertion_sort_overview.png" /></p>
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<p align="center"> Fig. 插入排序流程 </p>
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@@ -1895,23 +1896,21 @@
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</div>
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</div>
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<h2 id="1132">11.3.2. 算法特性<a class="headerlink" href="#1132" title="Permanent link">¶</a></h2>
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<p><strong>时间复杂度 <span class="arithmatex">\(O(n^2)\)</span></strong> :最差情况下,各轮插入操作循环 <span class="arithmatex">\(n - 1\)</span> , <span class="arithmatex">\(n-2\)</span> , <span class="arithmatex">\(\cdots\)</span> , <span class="arithmatex">\(2\)</span> , <span class="arithmatex">\(1\)</span> 次,求和为 <span class="arithmatex">\(\frac{(n - 1) n}{2}\)</span> ,使用 <span class="arithmatex">\(O(n^2)\)</span> 时间。</p>
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<p><strong>空间复杂度 <span class="arithmatex">\(O(1)\)</span></strong> :指针 <span class="arithmatex">\(i\)</span> , <span class="arithmatex">\(j\)</span> 使用常数大小的额外空间。</p>
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<p><strong>原地排序</strong>:指针变量仅使用常数大小额外空间。</p>
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<p><strong>稳定排序</strong>:不交换相等元素。</p>
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<p><strong>自适应排序</strong>:最佳情况下,时间复杂度为 <span class="arithmatex">\(O(n)\)</span> 。</p>
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<p><strong>时间复杂度 <span class="arithmatex">\(O(n^2)\)</span></strong> :最差情况下,各轮插入操作循环 <span class="arithmatex">\(n - 1\)</span> , <span class="arithmatex">\(n-2\)</span> , <span class="arithmatex">\(\cdots\)</span> , <span class="arithmatex">\(2\)</span> , <span class="arithmatex">\(1\)</span> 次,求和为 <span class="arithmatex">\(\frac{(n - 1) n}{2}\)</span> ,使用 <span class="arithmatex">\(O(n^2)\)</span> 时间。输入数组完全有序下,达到最佳时间复杂度 <span class="arithmatex">\(O(n)\)</span> ,因此是“自适应排序”。</p>
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<p><strong>空间复杂度 <span class="arithmatex">\(O(1)\)</span></strong> :指针 <span class="arithmatex">\(i\)</span> , <span class="arithmatex">\(j\)</span> 使用常数大小的额外空间,因此是“原地排序”。</p>
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<p>在插入操作中,我们会将元素插入到相等元素的右边,不会改变它们的次序,因此是“稳定排序”。</p>
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<h2 id="1133-vs">11.3.3. 插入排序 vs 冒泡排序<a class="headerlink" href="#1133-vs" title="Permanent link">¶</a></h2>
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<div class="admonition question">
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<p class="admonition-title">Question</p>
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<p>虽然「插入排序」和「冒泡排序」的时间复杂度皆为 <span class="arithmatex">\(O(n^2)\)</span> ,但实际运行速度却有很大差别,这是为什么呢?</p>
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</div>
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<p>回顾复杂度分析,两个方法的循环次数都是 <span class="arithmatex">\(\frac{(n - 1) n}{2}\)</span> 。但不同的是,「冒泡操作」是在做 <strong>元素交换</strong>,需要借助一个临时变量实现,共 3 个单元操作;而「插入操作」是在做 <strong>赋值</strong>,只需 1 个单元操作;因此,可以粗略估计出冒泡排序的计算开销约为插入排序的 3 倍。</p>
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<p>插入排序运行速度快,并且具有原地、稳定、自适应的优点,因此很受欢迎。实际上,包括 Java 在内的许多编程语言的排序库函数的实现都用到了插入排序。库函数的大致思路:</p>
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<p>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 <span class="arithmatex">\(\frac{(n - 1) n}{2}\)</span> 。但不同的是:</p>
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<ul>
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<li>冒泡操作基于 <strong>元素交换</strong> 实现,需要借助一个临时变量实现,共 3 个单元操作;</li>
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<li>插入操作基于 <strong>元素赋值</strong> 实现,只需 1 个单元操作;</li>
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</ul>
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<p>因此,可以粗略估计出冒泡排序的计算开销约为插入排序的 3 倍,因此更受欢迎。实际上,许多编程语言(例如 Java)的内置排序函数都使用到了插入排序,大致思路为:</p>
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<ul>
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<li>对于 <strong>长数组</strong>,采用基于分治的排序算法,例如「快速排序」,时间复杂度为 <span class="arithmatex">\(O(n \log n)\)</span> ;</li>
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<li>对于 <strong>短数组</strong>,直接使用「插入排序」,时间复杂度为 <span class="arithmatex">\(O(n^2)\)</span> ;</li>
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</ul>
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<p>在数组较短时,复杂度中的常数项(即每轮中的单元操作数量)占主导作用,此时插入排序运行地更快。这个现象与「线性查找」和「二分查找」的情况类似。</p>
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<p><strong>在数据量较小时插入排序更快</strong>,这是因为复杂度中的常数项(即每轮中的单元操作数量)占主导作用。这个现象与「线性查找」和「二分查找」的情况类似。</p>
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