|
Serwis Edukacyjny Nauczycieli w I-LO w Tarnowie
Materiały głownie dla uczniów liceum |
Wyjście Spis treści Wstecz Dalej
Autor artykułu: mgr Jerzy Wałaszek |
©2026 mgr Jerzy Wałaszek
|
Algorytm sortowania przez wstawianie wykorzystuje poszukiwanie liniowe w celu znalezienia miejsca wstawiania wybranego elementu na liście uporządkowanej. Są trzy możliwości:
Ponieważ lista jest uporządkowana, możemy do jej przeszukania wykorzystać
algorytm wyszukiwania binarnego, który ma klasę czasowej złożoności
obliczeniowej równą
Brzmi super - zmniejszymy liczbę porównań. Czy jest to jednak opłacalne, zobaczymy później, po analizie czasów wykonania algorytmu.
| n | - liczba elementów w sortowanym zbiorze, n ∈ N |
| d[ ] | - zbiór n-elementowy, który będzie sortowany. Elementy zbioru mają indeksy od 1 do n. |
| d[ ] | - posortowany zbiór n-elementowy. Elementy zbioru mają indeksy od 1 do n. |
| i | - indeks środkowego elementu listy uporządkowanej, i ∈ N |
| j | - licznik obiegów pętli zewnętrznej, indeks wybranego elementu, j ∈ N |
| ip, ik | - początkowa i końcowa pozycja indeksów w partycji listy uporządkowanej, ip, ik ∈ N |
| x | - zawiera wybrany ze zbioru element |
| K01: | Dla j = n - 1,
n - 2,...,1: wykonuj kroki K02...K07 |
| K02: | x ← d[j]; ip ← j; ik ← n + 1 |
| K03: | Dopóki ik
- ip > 1: wykonuj kroki K04...K05 |
| K04: | i ← (ip + ik) div 2 |
| K05: | Jeśli x
≤ d[i],
to ik ←
i inaczej ip ← i |
| K06: | Dla i = j, j
+ 1, ..., ip - 1: wykonuj d[i] ← d[i + 1] |
| K07: | d[ip] ← x |
| K08: | Zakończ |
Algorytm zoptymalizowanego sortowania przez wstawianie zbudowany jest z trzech pętli:
Na początku algorytmu inicjujemy licznik j pętli zewnętrznej nr 1. Będzie ona
przebiegała przez kolejne indeksy elementów sortowanego zbioru od
Rozpoczyna się pętla warunkowa nr 2. Jest to typowa pętla while, w której warunek kontynuacji sprawdzamy na początku. Pętla kontynuuje się dopóki partycja listy uporządkowanej zdefiniowana indeksami ip i ik zawiera więcej niż 1 element, gdyż tylko wtedy można dokonać podziału na dwie mniejsze partycje. Gdy pętla ta się zakończy, zmienna ip zawiera indeks pozycji wstawiania na listę uporządkowaną elementu wybranego, przechowywanego w zmiennej pomocniczej x.
Na początku pętli nr 2 wyznaczamy indeks elementu środkowego partycji i umieszczamy go w zmiennej i. Następnie sprawdzamy, czy element wybrany, przechowywany w zmiennej x, jest mniejszy lub równy (dla porządku malejącego większy lub równy) elementowi środkowemu partycji listy uporządkowanej. Jeśli tak, to pozycja wstawiania znajduje się w pierwszej części partycji - wśród elementów o indeksach od ip do i. W przeciwnym razie za nową partycję przyjmujemy drugą część - elementy o indeksach od i do ik. Pętlę kontynuujemy do momentu, aż partycja będzie zawierała tylko jeden element. Wtedy nie ma już wątpliwości i pozycja wstawiania zawsze jest w zmiennej ip.
Po znalezieniu tej pozycji uruchamia się pętla nr 3. Jej zadaniem jest
przesunięcie o 1 pozycję w kierunku początku zbioru wszystkich elementów listy
uporządkowanej poczynając od jej początku aż do pozycji
ip. Dzięki tej operacji pozycja
ip
zostanie zwolniona i umieszczamy na niej element wybrany. Następnie
zmniejszamy indeks j i kontynuujemy pętlę zewnętrzną aż
do posortowania całego zbioru.
Przykład:
Aby lepiej zrozumieć zasadę działania naszego algorytmu, przeanalizujmy prosty przykład wstawiania elementu na listę uporządkowaną przy pomocy binarnego wyszukiwania pozycji wstawiania. Zbiór ma postać następującą: { 6 3 4 5 7 8 }. Wstawiamy pierwszy element - liczbę 6. Pozostałe elementy tworzą listę uporządkowaną. Na dole szarymi cyferkami podajemy indeksy elementów:
| Zbiór | Opis operacji |
6
3 4 5 7 8
1 2 3 4 5 6 |
Ze zbioru wybieramy element. Ustalamy indeksy partycji: ip = 1, ik = 7 |
6 3 4 5 7 8 1 2 3 4 5 6 |
Wyznaczamy element środkowy: i = (ip + ik) / 2 = (1 + 7) / 2 = 8 / 2 = 4 |
6
3 4 5 7 8
1 2 3 4 5 6 |
Sprawdzamy, czy 6 jest mniejsze lub równe 5. Nie jest, zatem za
nową partycję przyjmujemy: ip = i = 4, ik - pozostaje bez zmian, czyli ik = 7 |
6 3 4 5 7 8 1 2 3 4 5 6 |
Wyznaczamy nowy element środkowy (pamiętaj, że dzielenie jest
całkowitoliczbowe): i = (ip + ik) / 2 = (4 + 7) / 2 = 11 / 2 = 5 |
6 3 4 5 7 8 1 2 3 4 5 6 |
Sprawdzamy, czy 6 jest mniejsze lub równe 7. Jest, zatem za
nową partycję przyjmujemy: ik = i = 5, ip - pozostaje bez zmian, czyli ip = 4 |
6 3 4 5 7 8 1 2 3 4 5 6 |
Ponieważ różnica ik - ip jest już równa 1, zatem ip zawiera numer pozycji wstawienia elementu. Jest to pozycja nr 4 zajmowana obecnie przez liczbę 5. |
6 3 4 5 7 8 1 2 3 4 5 6 |
Przesuwamy o jedną pozycję w kierunku początku zbioru elementy listy od jej początku do pozycji wstawiania. |
3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 |
Element wybrany wstawiamy na zwolnione miejsce. Operacja zakończona |
C++// Binarne Sortowanie Przez Wstawianie
//--------------------------------------------------------
// (C)2012 mgr Jerzy Wałaszek
// I Liceum Ogólnokształcące
// im. K. Brodzińskiego
// w Tarnowie
//--------------------------------------------------------
#include <cmath>
#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <cstdlib>
#include <time.h>
using namespace std;
const int N = 20; // Liczebność zbioru.
// Program główny
//---------------
int main()
{
int d[N],i,j,ip,ik,x;
cout << " Binarne sortowanie przez wstawianie\n"
"-------------------------------------\n"
" (C)2005 Jerzy Walaszek\n\n"
"Przed sortowaniem:\n\n";
// Najpierw wypełniamy tablicę d[] liczbami pseudolosowymi
// a następnie wyświetlamy jej zawartość
srand((unsigned)time(NULL));
for(i = 0; i < N; i++) d[i] = rand() % 100;
for(i = 0; i < N; i++) cout << setw(4) << d[i];
cout << endl;
// Sortujemy
for(j = N - 2; j >= 0; j--)
{
x = d[j];
ip = j;
ik = N;
while(ik - ip > 1)
{
i = (ip + ik) / 2;
if(x <= d[i]) ik = i; else ip = i;
}
for(i = j; i < ip; i++) d[i] = d[i + 1];
d[ip] = x;
}
// Wyświetlamy wynik sortowania
cout << "Po sortowaniu:\n\n";
for(i = 0; i < N; i++) cout << setw(4) << d[i];
cout << endl;
return 0;
} |
Pascal// Binarne Sortowanie Przez Wstawianie
//--------------------------------------------------------
// (C)2012 mgr Jerzy Wałaszek
// I Liceum Ogólnokształcące
// im. K. Brodzińskiego
// w Tarnowie
//--------------------------------------------------------
program Insertion_Sort;
const N = 20; // Liczebność zbioru.
var
d : array[1..N] of integer;
// Program główny
//---------------
var
i,j,x,ip,ik : integer;
begin
writeln(' Binarne sortowanie przez wstawianie ');
writeln('-------------------------------------');
writeln(' (C)2005 Jerzy Walaszek ');
writeln;
// Najpierw wypełniamy tablicę d[] liczbami pseudolosowymi
// a następnie wyświetlamy jej zawartość
randomize;
for i := 1 to N do d[i] := random(100);
writeln('Przed sortowaniem:'); writeln;
for i := 1 to N do write(d[i] : 4);
writeln;
// Sortujemy
for j := N - 1 downto 1 do
begin
x := d[j];
ip := j;
ik := N + 1;
while ik - ip > 1 do
begin
i := (ip + ik) div 2;
if x <= d[i] then ik := i else ip := i;
end;
for i := j to ip - 1 do d[i] := d[i + 1];
d[ip] := x;
end;
// Wyświetlamy wynik sortowania
writeln('Po sortowaniu:'); writeln;
for i := 1 to N do write(d[i] : 4);
writeln;
writeln('Nacisnij Enter...');
readln;
end. |
Basic' Binarne Sortowanie Przez Wstawianie
'--------------------------------------------------------
' (C)2012 mgr Jerzy Wałaszek
' I Liceum Ogólnokształcące
' im. K. Brodzińskiego
' w Tarnowie
'--------------------------------------------------------
OPTION EXPLICIT
CONST N = 20 ' Liczebność zbioru.
DIM d(1 TO N) AS INTEGER
DIM i AS INTEGER, j AS INTEGER, x AS INTEGER
DIM ip AS INTEGER, ik AS INTEGER
PRINT " Binarne sortowanie przez wstawianie "
PRINT "-------------------------------------"
PRINT " (C)2005 Jerzy Walaszek "
PRINT
' Najpierw wypełniamy tablicę d() liczbami pseudolosowymi
' a następnie wyświetlamy jej zawartość
RANDOMIZE TIMER
FOR i = 1 TO N: d(i) = INT(RND * 100): NEXT
PRINT "Przed sortowaniem:"
PRINT
FOR i = 1 TO N: PRINT USING "####"; d(i);: NEXT
PRINT
' Sortujemy
FOR j = N - 1 TO 1 STEP -1
x = d(j): ip = j: ik = N + 1
WHILE ik - ip > 1
i = INT((ip + ik) / 2)
IF x < d(i) THEN ik = i ELSE ip = i
WEND
FOR i = j TO ip - 1: d(i) = d(i + 1): NEXT
d(ip) = x
NEXT
' Wyświetlamy wynik sortowania
PRINT "Po sortowaniu:"
PRINT
FOR i = 1 TO N: PRINT USING "####"; d(i);: NEXT
PRINT
PRINT "Nacisnij Enter..."
SLEEP
END |
JavaScript<html>
<head>
</head>
<body>
<form style="BORDER-RIGHT: #ff9933 1px outset;
PADDING-RIGHT: 4px; BORDER-TOP: #ff9933 1px outset;
PADDING-LEFT: 4px; PADDING-BOTTOM: 1px;
BORDER-LEFT: #ff9933 1px outset; PADDING-TOP: 1px;
BORDER-BOTTOM: #ff9933 1px outset;
BACKGROUND-COLOR: #ffcc66" name="frmbinaryinsertionsort">
<h3 style="text-align: center">Binarne Sortowanie Przez Wstawianie</h3>
<p style="TEXT-ALIGN: center">
(C)2012 mgr Jerzy Wałaszek - I LO w Tarnowie
</p>
<hr>
<p style="TEXT-ALIGN: center">
<input onclick="main()" type="button" value="Sortuj" name="B1">
</p>
<p id="t_out" style="TEXT-ALIGN: center">...</p>
</form>
<script language=javascript>
// Binarne Sortowanie Przez Wstawianie
//--------------------------------------------------------
// (C)2012 mgr Jerzy Wałaszek
// I Liceum Ogólnokształcące
// im. K. Brodzińskiego
// w Tarnowie
//--------------------------------------------------------
var N = 20; // Liczebność zbioru.
function main()
{
var d = new Array(N);
var i,j,ip,ik,x,t;
// Najpierw wypełniamy tablicę d[] liczbami pseudolosowymi
for(i = 0; i < N; i++) d[i] = Math.floor(Math.random() * 100);
t = "Przed sortowaniem:<BR><BR>";
for(i = 0; i < N; i++) t += d[i] + " ";
t += "<BR><BR>";
// Sortujemy
for(j = N - 2; j >= 0; j--)
{
x = d[j];
ip = j;
ik = N;
while(ik - ip > 1)
{
i = Math.floor((ip + ik) / 2);
if(x <= d[i]) ik = i; else ip = i;
}
for(i = j; i < ip; i++) d[i] = d[i + 1];
d[ip] = x;
}
// Wyświetlamy wynik sortowania
t += "Po sortowaniu:<BR><BR>";
for(i = 0; i < N; i++) t += d[i] + " ";
document.getElementById("t_out").innerHTML = t;
}
</script>
</body>
</html> |
| Wynik: |
| Binarne sortowanie przez
wstawianie ------------------------------------- (C)2005 Jerzy Walaszek Przed sortowaniem: 30 36 81 45 71 90 15 57 68 24 39 83 54 1 29 48 69 23 0 77 Po sortowaniu: 0 1 15 23 24 29 30 36 39 45 48 54 57 68 69 71 77 81 83 90 |
W celach badawczych testujemy czas wykonania algorytmu binarnego sortowania przez wstawianie w środowisku opisanym we wstępie. Program testujący jest następujący:
Pascal// Program testujący czas sortowania dla
// danego algorytmu sortującego
//--------------------------------------
// (C)2012 mgr Jerzy Wałaszek
// I Liceum Ogólnokształcące
// w Tarnowie
//--------------------------------------
program TestCzasuSortowania;
uses Windows;
const
NAZWA = 'Binarne sortowanie przez wstawianie';
K1 = '-----------------------------------------------------------';
K2 = '(C)2011/2012 I Liceum Ogolnoksztalcace w Tarnowie';
K3 = '------n---------tpo---------tod---------tpp---------tpk---------tnp';
K4 = '-------------------------------------------------------------------';
MAX_LN = 6; // określa ostatnie LN
LN : array[1..8] of integer = (1000,2000,4000,8000,16000,32000,64000,128000);
var
d : array[1..128000] of real; // sortowana tablica
n : integer; // liczba elementów
qpf,tqpc : int64; // dane dla pomiaru czasu
qpc1,qpc2 : int64;
// Tutaj umieszczamy procedurę sortującą tablicę d
//-------------------------------------------------------
function Sort : extended;
var
i,j,ip,ik : integer;
x : real;
begin
QueryPerformanceCounter(addr(qpc1));
for j := n - 1 downto 1 do
begin
x := d[j];
ip := j;
ik := n + 1;
while ik - ip > 1 do
begin
i := (ik + ip) div 2;
if x <= d[i] then ik := i else ip := i;
end;
for i := j to ip - 1 do d[i] := d[i + 1];
d[ip] := x;
end;
QueryPerformanceCounter(addr(qpc2));
Sort := (qpc2 - qpc1 - tqpc) / qpf;
end;
// Program główny
//---------------
var
i,j,k : integer;
tpo,tod,tpp,tpk,tnp : extended;
f : Text;
begin
if QueryPerformanceFrequency(addr(qpf)) then
begin
QueryPerformanceCounter(addr(qpc1));
QueryPerformanceCounter(addr(qpc2));
tqpc := qpc2 - qpc1;
assignfile(f,'wyniki.txt'); rewrite(f);
// Wydruk na ekran
writeln('Nazwa: ',NAZWA);
writeln(K1);
writeln(K2);
writeln;
writeln(K3);
// Wydruk do pliku
writeln(f,'Nazwa: ',NAZWA);
writeln(f,K1);
writeln(f,K2);
writeln(f,'');
writeln(f,K3);
for i := 1 to MAX_LN do
begin
n := LN[i];
// Czas sortowania zbioru posortowanego
for j := 1 to n do d[j] := j;
tpo := Sort;
// Czas sortowania zbioru posortowanego odwrotnie
for j := 1 to n do d[j] := n - j;
tod := Sort;
// Czas sortowania zbioru posortowanego
// z przypadkowym elementem na początku - średnia z 10 obiegów
tpp := 0;
for j := 1 to 10 do
begin
for k := 1 to n do d[k] := k;
d[1] := random * n + 1;
tpp += Sort;
end;
tpp /= 10;
// Czas sortowania zbioru posortowanego
// z przypadkowym elementem na końcu - średnia z 10 obiegów
tpk := 0;
for j := 1 to 10 do
begin
for k := 1 to n do d[k] := k;
d[n] := random * n + 1;
tpk += Sort;
end;
tpk /= 10;
// Czas sortowania zbioru nieuporządkowanego - średnia z 10 obiegów
tnp := 0;
for j := 1 to 10 do
begin
for k := 1 to n do d[k] := random;
tnp += Sort;
end;
tnp /= 10;
writeln(n:7,tpo:12:6,tod:12:6,tpp:12:6,tpk:12:6,tnp:12:6);
writeln(f,n:7,tpo:12:6,tod:12:6,tpp:12:6,tpk:12:6,tnp:12:6);
end;
writeln(K4);
writeln(f,K4);
writeln(f,'Koniec');
closefile(f);
writeln;
writeln('Koniec. Wyniki w pliku WYNIKI.TXT');
end
else writeln('Na tym komputerze program testowy nie pracuje !');
writeln;
write('Nacisnij klawisz ENTER...'); readln;
end.
|
Otrzymane wyniki są następujące (dla komputera o innych parametrach wyniki mogą się różnić co do wartości czasów wykonania, dlatego w celach porównawczych proponuję uruchomić podany program na komputerze czytelnika):
| Zawartość pliku wygenerowanego przez program | ||||||||||||||||||
Nazwa: Binarne sortowanie przez wstawianie Objaśnienia oznaczeń (wszystkie czasy podano w sekundach):
|
(Arkusz kalkulacyjny Excel do
wyznaczania klasy czasowej złożoności obliczeniowej)
(Arkusz kalkulacyjny Excel do
wyznaczania wzrostu prędkości sortowania)
Analizując wyniki obliczeń w arkuszu kalkulacyjnym otrzymanych czasów sortowania dla algorytmu binarnego sortowania przez wstawianie wyciągamy następujące wnioski:
| Cechy
Algorytmu Binarnego Sortowania Przez Wstawianie |
|
| klasa złożoności obliczeniowej optymistyczna | ![]() |
| klasa złożoności obliczeniowej typowa |
![]() |
| klasa złożoności obliczeniowej pesymistyczna |
![]() |
| Sortowanie w miejscu | TAK |
| Stabilność | TAK |
Klasy złożoności obliczeniowej szacujemy następująco:
| Własności algorytmu | |||||
| Algorytm | tpo | tod | tpp | tpk | tnp |
| Binarne sortowanie przez wstawianie | ![]() |
![]() |
![]() |
![]() |
![]() |
![]() |
![]() |
![]() |
|||
| Wzrost prędkości sortowania | |||||
| Algorytmy | tpo | tod | tpp | tpk | tnp |
|
Sortowanie przez wstawianie Binarne sortowanie przez wstawianie |
![]() |
![]() |
![]() |
![]() |
![]() |
| źle | źle | źle | źle | źle | |
Zobacz również na: wersję podstawową
![]() |
Zespół Przedmiotowy Chemii-Fizyki-Informatyki w I Liceum Ogólnokształcącym im. Kazimierza Brodzińskiego w Tarnowie ul. Piłsudskiego 4 ©2026 mgr Jerzy Wałaszek |
Materiały tylko do użytku dydaktycznego. Ich kopiowanie i powielanie jest dozwolone pod warunkiem podania źródła oraz niepobierania za to pieniędzy.
Pytania proszę przesyłać na adres email:
Serwis wykorzystuje pliki cookies. Jeśli nie chcesz ich otrzymywać, zablokuj je w swojej przeglądarce.
Informacje dodatkowe.