Алгоритм вставки сортування в Java з прикладом програми

Що таке алгоритм сортування вставкою?

Сортування вставленням — це простий алгоритм сортування, який підходить для невеликих наборів даних. Під час кожної ітерації алгоритм:

• Видаляє елемент із масиву.
• Порівнює його з найбільшим значенням у масив.
• Переміщує елемент у правильне розташування.

Така поведінка відображає те, як гравець у карти розставляє карти: кожна нова карта береться та просувається ліворуч повз кожну більшу карту, доки вона не опиниться в потрібному місці. Оскільки все зміщення відбувається всередині початкового масиву, сортування вставками є одночасно на місці та стабільним.

Він належить до тієї ж родини, що підходить для початківців Java сортування процедур як сортування бульбашками, проте зазвичай він виконує набагато менше записів у дані, які вже частково впорядковані.

Процес алгоритму вставки сортування

Ось як графічно працює алгоритм сортування вставкою:

Анімація повторює ті самі три кроки Java виконує наведену нижче програму. Таблиця пробного запуску tracвиконує ці кроки на зразку масиву {860, 8, 200, 9} точно так, як програма виводить їх під час виконання.

Зверніть увагу, що на третьому проході потрібно два порівняння, оскільки ключ 9 має пройти повз два більші значення. Тому кількість порівнянь зростає з тим, наскільки далеко від порядку починається кожен елемент.

Java Приклад програми для сортування масиву за допомогою алгоритму сортування вставкою:

Наведена нижче програма сортує масив {860, 8, 200, 9} та виводить поточний коментар, щоб кожне порівняння та кожен зсув були видимими. Збережіть його як InsertionSortExample.java та скомпілювати його за допомогою будь-якого JDK 8 або пізнішої версії.

package com.guru99;
 
public class InsertionSortExample {
 
	
    public static void main(String a[])
    {    
        int[] myArray  = {860,8,200,9};  
        
        System.out.println("Before Insertion Sort");  
        
        printArray(myArray);
            
        insertionSort(myArray);//sorting array using insertion sort    
           
        System.out.println("After Insertion Sort");  
        
        printArray(myArray);   
    }    
 public static void insertionSort(int arr[]) 
	{  
        int n = arr.length;  
        
        for (int i = 1; i < n; i++)
        {   System.out.println("Sort Pass Number "+(i));
            int key = arr[i];  
            int j = i-1;  
            
            while ( (j > -1) && ( arr [j] > key ) ) 
            {  
            System.out.println("Comparing "+ key  + " and " + arr [j]); 
                arr [j+1] = arr [j];  
                j--;  
            }  
            arr[j+1] = key; 
            System.out.println("Swapping Elements: New Array After Swap");
            printArray(arr);
        }  
    }
 static void printArray(int[] array){
	    
	    for(int i=0; i < array.length; i++)
		{  
			System.out.print(array[i] + " ");  
		} 
	    System.out.println();
	    
	}
}

Виконання класу створює tracе показано тут. Кожен Номер сортувального пропуску Рядок позначає одну ітерацію зовнішнього циклу, а рядок, що виводиться після кожної заміни, показує масив у його стані на даний момент.

Code вихід:

Before Insertion Sort
860 8 200 9 
Sort Pass Number 1
Comparing 8 and 860
Swapping Elements: New Array After Swap
8 860 200 9 
Sort Pass Number 2
Comparing 200 and 860
Swapping Elements: New Array After Swap
8 200 860 9 
Sort Pass Number 3
Comparing 9 and 860
Comparing 9 and 200
Swapping Elements: New Array After Swap
8 9 200 860 
After Insertion Sort
8 9 200 860

Часова та просторова складність сортування вставками

Продуктивність сортування вставками сильно залежить від того, наскільки впорядковані вхідні дані, тому найкращий і найгірший випадки відрізняються на цілий порядок зростання.

Використання простору набагато простіше. Тільки лічильники i, j, n та key створюються, а масив переставляється на місці, тому допоміжний простір дорівнює O(1) незалежно від того, наскільки зростає вхідний код.

Оскільки внутрішній цикл зупиняється, щойно зустрічає менше значення, сортування вставками описується як адаптивне: чим ближче вхідні дані до відсортованого порядку, тим ближче час виконання до лінійного.

Переваги та недоліки сортування вставками

Сортування вставками виживає у виробничих бібліотеках, незважаючи на випадок квадратичного середнього, оскільки його постійні множники крихітні, а поведінка передбачувана.

Переваги

• Легко писати та легко tracвручну, що підходить як для навчання, так і для співбесід.
• Стабільний, тому записи, що мають спільний ключ, зберігають свій початковий відносний порядок.
• На місці, потребуючи лише O(1) додаткової пам'яті понад вхідний масив.
• Адаптивний, що досягає O(n) для даних, які вже майже відсортовані.
• Онлайн, тобто він може сортувати список, поки нові елементи все ще надходять.

Недоліки

• Квадратичний час для випадкових або обернено впорядкованих вхідних даних робить його непридатним для великих масивів.
• Кожне зсувне перенесення записує дані в масив, тому воно переміщує більше даних, ніж сортування вибором.
• Сортування злиттям та швидке сортування комфортно перевершують його, коли на вхідних даних проходить кілька десятків елементів.

Практичне правило полягає в тому, щоб використовувати сортування вставками, коли масив малий, коли дані майже впорядковані або коли сортування за принципом «розділяй і володарюй» скоротило розділ до кількох елементів.

Сортування вставкою проти Bubble-сортування проти сортування вибором

Усі три алгоритми є квадратичними порівняннями, проте вони відрізняються стабільністю, тим, як вони реагують на впорядковані вхідні дані, та кількістю виконуваних ними записів.

Сортування вибором перемагає, коли запис є ресурсоємним, оскільки воно виконує найменшу кількість замін. Сортування вставками перемагає майже скрізь у такому масштабі, особливо на частково впорядкованих даних, тому бібліотечні сортування, такі як наведене нижче, загальний Java вправи і внутрішні механізми JDK перемикаються на нього для дуже малих розділів.

Поширені запитання