编写使用插入排序法进行排序的算法、并给出最好情况和最坏情况、平均情况下的时间复杂度

插入排序是一种简单直观的排序算法，它的工作原理类似于打扑克牌整理顺序。基本步骤如下：

def insertion_sort(arr):
    for i in range(1, len(arr)):
        key = arr[i]
        j = i - 1
        while j >= 0 and key < arr[j]:
            arr[j + 1] = arr[j]
            j -= 1
        arr[j + 1] = key

在这个算法中，我们首先假设第一个元素已经是排序好的，然后依次将后续元素插入到已排序部分的正确位置。

**时间复杂度分析：**

- **最好情况（Best Case）**：当输入数组已经是有序的，插入排序只需要遍历一次数组，每次比较都是多余的，时间复杂度为 O(n)。这里 n 是数组长度。

- **最坏情况（Worst Case）**：当输入数组完全逆序时，每个元素都需要与前面的所有元素进行比较并交换位置，总共需要进行 n-1 次比较和 (n-1) 次移动，因此时间复杂度为 O(n^2)。

- **平均情况（Average Case）**：对于随机分布的数组，插入排序的平均性能接近于最坏情况，因为大部分元素可能需要移动多次。时间复杂度也为 O(n^2)，其中 n 是数组长度。

由于插入排序对于小规模数据或近乎有序的数据有较好的表现，但在大规模或无序数据上效率较低，不适合处理大数据集。