查找学习笔记

1、二分查找

二分查找针对的是一个有序的数据集合,查找思想有点类似分治思想。每次都通过跟区间的中间元素对比,将待查找的区间缩小为之前的一半,直到找到要查找的元素,或者区间被缩小为 0 。

1.1 O(logn) 惊人的查找速度

public int bsearch(int[] a, int value) {
  int low = 0;
  int high = a.length;
 
  while (low <= high) {
    int mid = (low + high) / 2;
      
    if (a[mid] == value) {
      return mid;
    } else if (a[mid] < value) {
      low = mid + 1;
    } else {
      high = mid - 1;
    }
  }
 
  return -1;
}

容易出错的 3 个地方:

  • 循环退出条件: 注意是 low<=high,而不是 low<high。
  • mid 的取值:mid=(low+high)/2 ,如果两数之和较大会溢出,可以改为low+(high-low)/2
  • low 和 high 的更新: low=mid+1,high=mid-1。

1.2 二分查找应用场景的局限性

  • 二分查找依赖的是顺序表结构,简单点说就是数组;
  • 二分查找针对的是有序数据 ;
  • 数据量太小不适合二分查找;
  • 数据量太大也不适合二分查找。

1.3 4个变形问题

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1.3.1:查找第一个值等于给定值的元素

public int bsearch(int[] a, int n, int value) {
  int low = 0;
  int high = n - 1;
  while (low <= high) {
    int mid =  low + ((high - low) >> 1);
    if (a[mid] > value) {
      high = mid - 1;
    } else if (a[mid] < value) {
      low = mid + 1;
    } else {
      if ((mid == 0) || (a[mid - 1] != value)) return mid;//前面还有相等元素继续执行。
      else high = mid - 1;
    }
  }
  return -1;
}

1.3.2:查找最后一个值等于给定值的元素

public int bsearch(int[] a, int n, int value) {
  int low = 0;
  int high = n - 1;
  while (low <= high) {
    int mid =  low + ((high - low) >> 1);
    if (a[mid] > value) {
      high = mid - 1;
    } else if (a[mid] < value) {
      low = mid + 1;
    } else {
      if ((mid == n - 1) || (a[mid + 1] != value)) return mid;//只需要判断是否是最后一个或者后一个是不是还相等
      else low = mid + 1;
    }
  }
  return -1;
}

1.3.3: 查找第一个大于等于给定值的元素

public int bsearch(int[] a, int n, int value) {
  int low = 0;
  int high = n - 1;
  while (low <= high) {
    int mid =  low + ((high - low) >> 1);
    if (a[mid] >= value) {
      if ((mid == 0) || (a[mid - 1] < value)) return mid;
      else high = mid - 1;
    } else {
      low = mid + 1;
    }
  }
  return -1;
}

1.3.4:查找最后一个小于等于给定值的元素

public int bsearch7(int[] a, int n, int value) {
  int low = 0;
  int high = n - 1;
  while (low <= high) {
    int mid =  low + ((high - low) >> 1);
    if (a[mid] > value) {
      high = mid - 1;
    } else {
      if ((mid == n - 1) || (a[mid + 1] > value)) return mid;
      else low = mid + 1;
    }
  }
  return -1;
}
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