二分查找的实现细节(java 代码)

如果数据存储是有序的，那么我们可以考虑使用二分查找，查询我们需要的数据，这种查找比线性查找快很多，尤其对大数组来说更为明显。二分查找也叫折半查找。

借图来源：http://www.penjee.com

可以看出使用二分查找在查找数字 37 时只需3次，而线性查找查找37时需要11次。线性查找最坏的情况需要遍历整个数据。
二分查找步骤如下：

步数	所猜的数	结果	可能值的范围
0			1~59
1	23	太低	29~59
2	41	太高	29~37
3	31	太低	37~37
4	37	正确

一、二分查找代码实现

/**
 * @Author: zhuzhaolin
 * @Date: 2021/05/03/21:41
 * @Description:
 */
public class BinarySearch {

    private final int arraySize;
    private int[] orderArrays;

    public BinarySearch(int[] orderArrays) {
        this.arraySize = orderArrays.length;
        this.orderArrays = orderArrays;
    }

    public static void main(String[] args) {
        int[] orderArrays = {1, 3, 5 ,7 , 11 ,13 ,17 , 19 , 23 ,29 , 31 , 37 , 41 , 43 , 47 , 53 , 59};
        BinarySearch binarySearch = new BinarySearch(orderArrays);
        System.out.println(binarySearch.find(37).get());
        System.out.println(binarySearch.find(100).isPresent());

    }


    private Optional find(long searchKey) {
        int lowerBound = 0;
        int upperBound = arraySize - 1;
        int mid;

        while (true) {
            mid = (lowerBound + upperBound) / 2;
            System.out.println("当前找到的值：" +orderArrays[mid]);
            if (orderArrays[mid] == searchKey) {
                return Optional.of(mid);
            } else if (lowerBound > upperBound) {
                System.out.println("没有找到值");
                return Optional.empty();
            } else {
                //如果searchKey较大，则应该将范围设为当前范围的后半部。因此lowerBund移到mid。实际上是将lowerBound移到mid后一个数据项。
                if (orderArrays[mid] < searchKey) {
                    //在上半部
                    lowerBound = mid + 1;
                } else {
                    //如果search比mid[mid]小，则将范围设为当前范围的前半部。因此将upperBound移到mid的前一个数据项。
                    //在下半部
                    upperBound = mid - 1;
                }
            }
        }
    }
}

执行结果

当前找到的值：23
当前找到的值：41
当前找到的值：31
当前找到的值：37
11

核心find方法一开始设变量lowerBound 和upperBound指向数组的第一个和最后一个非空数据项。通过设置这些变量可以确定查找searchKey数据项的范围。然后在while循环中，当前的下标mid被设置为这个范围的中间值。
如果足够幸运的话，mid可能直接返回就是指向所需要的数据项，所以先查看是否相等。如果是，则意味找到了需要的数据项，下一步返回它的下标mid。
循环中的每一步将范围缩小一半。最终这个范围会小到无法再分割。在下一个语句中会判断：如果lowerBound 比upperBound大，则范围已经不在了，停止查找并返回空。
如果mid没有指向所需要的数据项，但范围仍足够大，此时需要将范围缩小一半。比较当前下标所指的orderArrays[mid]，即范围中部值与待查数据的值searchKey。

1. 如果searchKey较大，则应该将范围设为当前范围的后半部。因此lowerBund移到mid。实际上是将lowerBound移到mid后一个数据项。
2. 如果searchKey比mid[mid]小，则将范围设为当前范围的前半部。因此将upperBound移到mid`的前一个数据项。
   
   

   二分查找中的范围分割

二、递归取代循环

在递归的方法中，不用改变lowerBound或者upperBound，而是用lowerBound或者upperBound的新值作为参数反复调用find()方法。

  private Optional find1(long searchKey) {
        return recFind(searchKey , 0 , orderArrays.length-1);
    }
    private Optional recFind(long searchKey , int lowerBound ,int upperBound ){
        int curIn;
        curIn = (lowerBound + upperBound)/2;
        if (orderArrays[curIn] == searchKey){
            return Optional.of(curIn);
        }else if (lowerBound > upperBound){
            System.out.println("没有找到值");
            return Optional.empty();
        }else {
            if (orderArrays[curIn]