二分搜索

一、适用条件

 二分搜索采用分治法。分治法基本思想是将一个规模为n的问题分解为k个规模较小的子问题。其适用条件为:

  • 原问题在规模缩小到一定程度时很容易求解
  • 原问题可以分解为若干个规模较小的子问题
  • 子问题互相独立且与原问题相同
  • 子问题的解可合并为原问题的解

二、算法实现

  问题:从给定的已排好序的n个元素 a[0:n1] 中找出一个特定元素x。
  解决该问题可以使用递归和非递归两种方式

2.1递归方法


 1. template<typename T>
 2. int BinarySerach(T a[], int left, int right,const T& x)
 3. {
 4.     while(left <= right) {
 6.         int middle = (left + right) / 2;
 5.         if (a[middle] > x) 
 6.             return BinarySearch(a, left, middle - 1, x);
 7.         if (a[middle] < x)
 8.             return BinarySearch(a, middle + 1, right, x);
 9.         else 
 10.            return middle;
 11.     }
 12.     return -1;
 12. }     

2.2非递归方法


 1. template<typename T>
 2. int BinarySearch(T a[], const T& x, int n)
 3. {
 4.     int left = 0; int right = n - 1;
 5.     while (left <= right) {
 6.         int middle = (left + right) / 2;
 7.         if (a[middle] == x) return middle;
 8.         if (a[middle] < x) left = middle + 1;
 9.         else right = middle - 1;
 10.     }
 11.     return -1;
 12. }

2.3寻找下界


 1. template<typename T>
 2. int BinarySearch(T a[], const T& x, int n)
 3. {
 4.     if (rignt < left) return -1;
 4.     int left = 0; int right = n - 1;
 5.     int middle = (left + right + 1) / 2;
 5.     while(right >= left) {
 6.         if(a[middle] < x) left = middle;
 7.         else right = middle - 1;
 8.         middle = (left + right + 1) / 2;
 9.     }
 10.    return middle;
 11. }

  求中间索引采用向上取整的原因是防止陷入死循环。二分法求上界的算法与此相似,也是采用半边检索方式寻找目标值。
  二分检索缺点是检索序列必须为有序序列,当检索序列中含有重复值时需搜索出上界和下界,中间的范围为所求值。

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