二分查找算法基本思想

二分

二分查找法作为一种常见的查找方法,将原本是线性时间提升到了对数时间范围,大大缩短了搜索时间,但它有一个前提,就是必须在有序数据中进行查找。

二分查找很好写,却很难写对,据统计只有10%的程序员可以写出没有bug的的二分查找代码。出错原因主要集中在判定条件和边界值的选择上,很容易就会导致越界或者死循环的情况,本人在看了Acwing视频后有了一定的体会,写了下面的文章

整数二分

二分的本质:把一个区间一分为二,一半满足某个性质,一半不满足某个性质,然后将区间进行划分

二分查找算法基本思想_第1张图片

eg:上图划分成两个边界,此时要寻找红绿颜色的边界

第一种情况:寻找红颜色的边界点

	mid=(l+r+1/2		//注意这个+1,不然会出现死循环,例如l与r只差1,且check(mid)==true会出现死循环if(check(mid)){		//check(mid)作用是判断mid是否满足红颜色的性质
		//边界点在[mid,r]之间,更新方式,l=mid}else{
    	//边界点在[l,mid-1]之间,更新方式,r = mid-1
	}

第二种情况:寻找绿颜色的边界

	mid = (l+r)/2if(check(mid)){	//check(mid)作用是判断mid是否满足绿颜色的性质,如果满足,那么绿颜色的边界点一定在[l,mid]之间
    	//边界点在[l,mid]之间,更新方式为r=mid
	}else{
    	//边界点在[mid+1,r]之间,更新方式为l = mid+1
	}

给定一个二分问题如何考虑:先写一个check函数,根据check(mid)判断如何更新

二分查找算法基本思想_第2张图片

import java.util.Scanner;

public class Main{
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        int n ,m;
        n = scanner.nextInt();
        m = scanner.nextInt();
        int[] arr = new int[n];
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            arr[i] = scanner.nextInt();
        }
        while (m--!=0){
            int x = scanner.nextInt();
            int l = 0, r = arr.length-1;
            while (l<r){
                int mid = (l+r)>>1;
                if(arr[mid]>=x)r = mid ;//找出第一个比x大的arr[mid],
                //那么arr[mid]后面的数都会比x大,这时只需要将r更新成mid即可将区间进行划分了
                else l = mid+1;
            }
            if(arr[l]!=x) System.out.println("-1 -1");
            else {
                System.out.print(l+" ");
                int l1 = 0,r1 = arr.length-1;
                while (l1<r1){
                    int mid = (l1+r1+1)>>1;
                    if(arr[mid]<=x) l1 =mid;//找出最后一个比x小的arr[mid],
                    //那么arr[mid]前面的数字都是比x小的,此时就可以把区间更新成l1 = mid进行划分
                    else r1 = mid-1;
                }
                System.out.println(l1);
            }
        }
        scanner.close();
    }
}

浮点数二分

相较于整数二分而言,浮点数二分就显得更为简单了,浮点数二分没有边界问题需要考虑

二分查找算法基本思想_第3张图片

import java.util.Scanner;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        double i = scanner.nextDouble();
        double l = 0,r = i;
        double eps = 1e-8;
        while (r-l>eps){//当r与l之间相差10的-8以上时,就可以把r或l当成答案了
            double mid = (r+l)/2;
            if(mid*mid*mid>=i) r = mid;//这里是>=的原因是找到第一个数满足mid的立方比i更大,
            //mid后面的数的立方都会比i大,这时只需要取mid的左边的数据就行,即为r = mid
            else l = mid;
        }
        System.out.println(l);
        scanner.close();
    }
}

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