先來回顧一下直接插入排序的算法思想,就是在前面已經排好序的子序列中尋找一個待插入的位置,然后將待插入元素插入到該位置上。
其中尋找插入位置的過程我們是與每一個元素進行比較,相當于順序查找,我們知道順序查找的效率是比較低的,那么有沒有辦法能夠提高查找插入位置的效率呢?
很巧的是,前面的序列既然已經是有序的了,我們何不采用折半查找來找出插入位置呢?折半查找的前提就是序列有序,采用折半查找法查找插入位置的插入排序算法,我們稱其為折半插入排序。
折半插入算法非常簡單,前提你得掌握直接插入排序和折半查找的算法,來看一個例子:
原序列的前四個元素已經有序,則從i位置元素開始進行插入排序,先將i位置元素存入下標0作為哨兵,然后在子序列中尋找待插入位置。
這時我們可以采用折半查找法進行查找,定義三個變量low、high和mid,初始low = 1,high = i -1,則mid為2。
讓哨兵位置元素值與mid位置元素值比較,7大于5,所以插入位置應該在右半區,讓low = mid + 1,high不變,繼續折半查找:
此時high大于low,查找結束,則插入位置即為high + 1,這些都是折半查找的內容,這里不贅述。
找到了插入位置為high + 1,可不能直接將待插入元素值存入high + 1位置,這樣會覆蓋原先的元素值,而應該從high + 1位置開始,到i - 1位置為止,將該范圍內的所有元素后移,空開high + 1位置,最后將哨兵位置元素插入到high + 1位置即可。
先構建待排序序列:
public class ElemType { int key;}public class SSTable { ElemType[] n; int length; public SSTable() { this.length = 11; this.n = new ElemType[this.length + 1]; for (int i = 1; i <= this.length; i++) { this.n[i] = new ElemType(); } this.n[1].key = 3; this.n[2].key = 5; this.n[3].key = 10; this.n[4].key = 16; this.n[5].key = 7; this.n[6].key = 32; this.n[7].key = 83; this.n[8].key = 23; this.n[9].key = 54; this.n[10].key = 29; this.n[11].key = 96; }}
折半插入排序算法如下:
public class Main { public static void BInsertSort(SSTable t) { int i, j, low, high, mid; //從第二個元素開始插入排序 for (i = 2; i <= t.length; ++i) { //將待插入元素存入哨兵位置 ElemType temp = t.n[i]; //為low和high賦初值 low = 1; high = i - 1; while (low <= high) { mid = (low + high) / 2; if (temp.key < t.n[mid].key) { high = mid - 1; } else { low = mid + 1; } } //將high + 1到i - 1的元素后移 for (j = i - 1; j >= high + 1; --j) { t.n[j + 1] = t.n[j]; } //將哨兵位置元素插入j + 1位置 t.n[j + 1] = temp; } } public static void main(String[] args) { SSTable st = new SSTable(); BInsertSort(st); }}
可以肯定的是,折半插入排序的效率是要高于直接插入排序的,它所需要的關鍵碼比較次數與待排序對象序列的初始排列無關,僅依賴于對象個數。在插入第i個對象時,需要經過「log2i」 + 1次關鍵碼比較才能確定插入位置。
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