动画：面试官问我插入排序和冒泡排序哪个更牛逼？

杨利霞

动画：面试官问我插入排序和冒泡排序哪个更牛逼？

, s+ F8 A. e3 `! j写在前边


排序对于每个开发者来讲，都多多少少知道几个经典的排序算法，比如我们之前以动画形式分享的冒泡排序，也包括今天要分享的插入排序。还有一些其他经典的排序，小鹿整理的共有十种是面试常问到的，冒泡排序、插入排序、希尔排序、选择排序、归并排序、快速排序、堆排序、桶排序、计数排序、基数排序。
- a% R1 [1 w! }& f+ Q
) a8 v. V/ O% M0 [+ x5 v3 L" z虽然我们基本知道了这些排序算法，但是在实际项目开发以及面试中往往出乎我们所料。在面试中，经常会被问到各种排序之间的比较；在实际项目中，往往排序的数据不是我们所练习的整数。
% l. z' M  r8 ]  s- i9 A! ?" z- W
那么今天我们来学习一下，插入排序比我们之前讲的冒泡排序有什么区别呢？面试官问我们，我们如何回答完整呢？

思维导图
+ Q6 ?+ H+ q) y. B1 z) L



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如何分析一个排序算法？
: T+ |' m# r+ g1 o% ^4 ?$ u5 ?
" ?8 b, Y8 y3 ^之前写的一篇很详细的文章。
; i6 V/ v6 x3 G9 f/ k- e+ b9 `
佩奇学编程 | 复杂度分析原来这么简单
% O8 V( Z3 _; G/ ^7 z+ ~" |
9 S+ J# `4 ~: s分析排序算法已经成为我们衡量一个算法优良的重要标准，从以下三个方面入手。
6 H* b9 Z$ M0 B) v3 O
. V$ S$ e3 d) `% q2 A6 |1.1 时间效率
1 n6 f- k  H* Q+ _% e7 m
* C5 p6 a7 P1 y1 Y; h这里所谓的实践效率就是时间复杂度，相信大家对于时间复杂度并不陌生。

- v! B3 k( {# f: o复杂度描述的是算法执行时间(或占用空间)与数据规模的增长关系。
8 E; z9 g1 e5 p* R1 z# V- Z1 Q/ L) `
对于时间复杂度的分析，要把最好时间复杂度、最坏时间复杂度、平均时间复杂度分析出来，分别对应了排序算法的最好排序情况、最坏排序情况以及平均排序效率。
0 P5 t" t, \! P. z5 _
1.2 空间消耗

, }$ \6 F  j& x1 u: g: w所谓的空间消耗对应的是空间复杂度，在排序算法中需要开辟的额外内存空间是多少。如果空间复杂度为 O(1)，此时该排序叫做原地排序。

; ^: a+ z/ ^" {7 u* c注意：是额外的内存空间，存储排序数据消耗的空间不计。

1.3 稳定性

2 }' w- k* h+ }算法的稳定性虽然我们之前接触的很少，但是稳定性也是衡量一个排序算法的重要标准。什么是稳定排序呢？比如有一组有重复待排序的数据，排序前后，重复的数据顺序不变，此时该排序为稳定排序。否则，叫做不稳定排序。它在实际应用中非常重要的，今天我们就不多说，以后会慢慢分享到。

' S4 j( u; ~2 W2 a2
9 e; l$ Q. k. y( |" V, K* E
什么是插入排序？

5 x* \% Q5 O/ I0 e7 O3 [顾名思义，插入排序就是通过插入的方式来排序呗，最经典的就是打斗地主，可以将打乱的扑克牌作为未排序区间，手中已经排好序的作为排序区间。每次我们摸牌的过程，就是从未排序区间，通过插入的方式，插入到已排序区间。那么这个过程就称为插入排序。

$ Z# Y1 v- l% s

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5 Z! Y2 V: {: \# p如何实现插入排序？

' ~7 ^2 {8 I" a% H6 j7 K上述插入排序的概念我们已经理解了，那么给你一组数据，如何来进行插入排序呢？
/ I, y# A3 M$ t7 K) ^3 i
3 i8 C. s. d# E# ~7 [

9 V4 J7 W; }+ x* J6 N% y+ l  E首先我们要将数据划分为两个区间，已排序区间和未排序区间。

: {) X. M, M2 e


# h" i  B% l; H
我们从未排序区间取出数据和已排序区间的数据进行比较，如果小于已排序区间的数据，那我们就交换数据。

2 a( v# F2 F% H6 Y


" |; B$ K3 H. Q" d2 Y
如果交换到已排序区间数据不在大于插入的数据，然后将元素插入进去。
9 ]$ Q/ |) Y! M6 n& k1 ^$ d& ^3 R



+ l& j; ^/ a; n7 ?" V' O( m) j
最后我们看一下总的插入排序动画和代码实现。
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0 `6 M8 W( h  _! c2 V

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( c& ^+ ~3 d" R; W; x9 M) D# ]# Q& R
0 C! a7 l0 ^+ y插入排序的性能
: R' U6 P/ l  K1 _. ]
" C# q( q$ E7 r7 |我们通过上边的对插入排序的拆分讲解和动画以及代码实现，想必面试官让你手写一个插入排序可以轻轻松松写出。但是我们掌握的插入排序知识还往往不够，我们在实际项目中，还要考虑插入排序的性能怎么样？因为才能更好的选择适当排序应用到项目中去。

: O/ }( e% ]1 y  F* j- j& e0 G5 ~4.1 插入排序的稳定性
* j9 e  W' s' v! P
, U: h  W+ S/ o. P再插入排序中，如果存在重复数据的话，前边的元素再插入的过程永远在第二个重复数据的前边，所以插入排序后的重复数据前后顺序不变，所以插入排序是稳定排序算法。
2 h& W+ l' Q$ D, x. _: Y% ]# c
4.2 插入排序的空间消耗
9 W9 W1 l) n4 |0 ]0 ^( n+ c
我们可以发现，插入排序的移动方式，需要消耗常量级的额外内存空间存储，也就是代码中的 temp，所以时间复杂度为 O(1),我们上边讲到，空间复杂度为O(1)的是原地排序算法。

4.3 插入排序的时间效率
5 M+ i  D/ n- s* j) H+ t- J. S
- q9 T. I+ P) K8 N: x, ^插入排序的最好情况就是不需要搬移任何数据，从头到尾寻找插入数据，每次只比较一次即可，即一组有序数据，所以最好时间复杂度为O(n)。
5 K& d: s* V( x/ l
( h7 y) H# n+ R1 U如果一组数据正好是倒序输出，那么每次都需要比较移动所有数据，每次移动时 n，n 个数据时间复杂度为O(n2)。

对于插入排序的平均时间复杂度，每次插入都要移动数据，插入 n 次，所以平均时间复杂度为 O(n2)。
2 X. Z& C: A4 i; n) l+ v
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' K- H# X% `: n
! m& Y$ k. @3 t) X3 a小结
/ N5 H7 S0 M! E
我们学完了今天的插入排序之后，我们回到最初的面试官问题上。插入排序和冒泡排序哪个更好呢？

我们现在元素移动次数上进行分析，如果一组无序的数据通过冒泡排序排好序之后，它的交换次数是这种数据的逆序度；对于插入排序来说也是一样的，移动次数上都是原本数据的逆序度。
2 \8 d- z  X' Q5 E0 F& ]: j
: }. b0 t  F8 W8 O元素的移动次数是相同的，那我们接下来看看元素的交换次数。从代码上分析可以明显看出，冒泡排序的一次交换需要三行代码，而插入排序的交换却需要一行，所以总的交换次数冒泡排序大于插入排序。

* k( R8 M$ _; }  q有小伙伴会问，这两行的差别有那么大吗？移动一次，我们可以不计较，如果数据很多，想想下，两者的效率差别很轻易的就比较出来了。
' Q* c/ A% k2 h- r5 j8 x
虽然冒泡排序的时间复杂度和插入排序的时间复杂度是相同的，但是我们实际使用中还是优先选择插入排序。

4 @7 V2 W0 Z- W9 q6 ~6 R! r; e8 G! r5 G对于插入排序还是可以优化的，对了，没错，就是希尔排序，我们在这不多分开写，后期会继续更新。
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