如何实现 Python 插入法排序
插入法排序（Insertion Sort）是一种简单且直观的排序算法，它的主要思想是将一个序列分为已排序和未排序两部分，逐步将未排序部分的元素插入到已排序部分的合适位置，直至整个序列有序。下面我将详细介绍如何在 Python 中实现插入法排序。
插入法排序流程
我们首先需要了解插入法排序的基本流程，以下是该过程的步骤表：
| 步骤 | 描述 |
|---|---|
| 1 | 从第二个元素开始，视它为当前插入元素 |
| 2 | 将该元素与已排序部分的元素逐一比较 |
| 3 | 找到合适的位置并插入当前元素 |
| 4 | 继续对下一个元素重复步骤 1 - 3，直到所有元素都被处理 |
| 5 | 返回已排序的数组 |
插入法排序的实现
接下来，我们来实现插入法排序。以下是对应的代码以及注释，帮助你理解每一行代码的含义。
def insertion_sort(arr):
# 遍历从第二个元素开始
for i in range(1, len(arr)):
key = arr[i] # 记录当前要插入的元素
j = i - 1 # 从已排序部分的最后一个元素开始比较
# 向前检查已排序部分，找到合适的位置
while j >= 0 and key < arr[j]:
arr[j + 1] = arr[j] # 将大于 key 的元素向后移动
j -= 1 # 移动到下一个元素
arr[j + 1] = key # 在合适的位置插入 key
return arr # 返回排序完成的数组
代码解析
-
定义函数：我们定义了一个名为
insertion_sort的函数，接收一个列表arr作为参数。 -
遍历数组：使用
for循环从数组的第二个元素开始遍历。 -
记录当前元素：将当前元素（即需要插入的那个元素）存储在
key变量中。 -
比较并插入：
- 使用
while循环比较key和已排序部分的元素，若已排序元素大于key，则将其后移。 - 当找到合适的位置时，将
key插入。
- 使用
-
返回结果：最后返回已排序的数组。
序列图
以下是插入排序的序列图，展示了从未排序到排序的变化过程：
sequenceDiagram
participant A as 原始数组
participant B as 排序数组
A->>B: 插入第1个元素
A->>B: 插入第2个元素
B->>B: 比较和插入（步骤2-4）
A->>B: 插入第3个元素
B->>B: 比较和插入（步骤2-4）
A->>B: 插入完成
甘特图
接下来，我们用甘特图表示插入法排序的步骤和持续时间：
gantt
title 插入法排序
dateFormat YYYY-MM-DD
section 插入过程
初始化 :done, des1, 2023-10-01, 1d
插入第1个元素 :done, des2, after des1, 1d
插入第2个元素 :done, des3, after des2, 1d
插入第3个元素 :done, des4, after des3, 1d
完成 :active, des5, after des4, 1d
最后总结
通过以上步骤，你可以清晰地理解和实现插入法排序的逻辑与代码。虽然它在处理较小规模的数据时效率不错，但对于大型数据集，插入法排序并不是最优选择，因此在实际应用中需要根据需求选择适合的排序算法。
在学习编程的过程中，掌握不同类型的排序算法是非常重要的，这不仅能提升你的编程能力，还能帮助你在面试中脱颖而出。希望你能够通过这次的学习，将插入法排序的实现过程牢牢记住并运用到实际项目中。继续加油，编程的世界还有更多等待你去探究的内容！
