二分查找中的循环不变式

以下代码来自python标准库,查找有序数组中第一个大于或等于x的元素位置,填加了一些注释。

a[lo:hi](左闭右开)是待查找的区间,循环不变式为:lo左边的元素全部严格小于x,hi及hi右边的元素全部大于等于x。关键不在于区间里的元素具有什么性质,而是区间外面的元素具有什么性质。当循环结束时,lo==hi,根据循环不变式,可知hi为第一个大于等于x的元素。

bisect_left(a, x, lo, hi):
    #assume a[lo-1] is -INF, a[hi] is INF
    #the loop invariant: all a[:lo] < x and all a[hi:] >= x
    #a[lo:hi] is unsure, let's narrow the unsure range
    while lo < hi:
        mid = (lo+hi)//2
        if a[mid] < x: lo = mid+1
        else: hi = mid
    #lo == hi now, a[hi] is the first element that a[i] >= x
    return lo

另外一种解释,初始时hi是开的,可以假设这个位置为正无穷大,循环不变式为,结果一定在[lo, hi]里面(注意这里的hi变成了闭区间,这样可以保证结果一定在[lo, hi]里面)。最终lo==hi,也就是要找的值。

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转载自blog.csdn.net/groovy2007/article/details/78309120