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二分查找

二分查找

作者: 好大两条鱼 | 来源:发表于2018-08-19 00:00 被阅读0次

    如果你要在字典中查找一个以O开头的单词,你从头开始翻页,直到O开头的那块儿。这就是简单查找,也叫顺序查找。你可能会想,谁会这么傻?一本牛津双解词典2600多页,谁会闲着没事翻书翻到手抽筋儿呀。

    关爱智障的眼神

    对呀,大家都不会这么做,咱会直接打开字典中间看看是否是以O开头的,要是不是的话就能排除掉一半,然后再继续翻。这就类似于二分查找

    机智

    二分查找是一种算法,其输入是一个有序的元素列表(必须有序)。如果要查找的元素包含在列表中,二分查找返回其所在的位置;否则返回null。

    不举例子的讲课都是耍流氓:假如你和胖友一起猜玩数字的游戏,游戏规则是酱紫的:你的胖友随机想一个1-100之间的数字,然后你必须不超过10次就猜中这个数字,每次猜测之后,对方会说小了/大了/对了,否则就得接受“爱”的惩罚。

    好,规则确立,咱们来捋一捋过程。

    首先,有100个数。


    1-100

    假设你从1开始依次往上猜,猜测的过程会是这样子的:

    简单查找 - 从1开始依次向上猜

    这是简单查找,每次猜测都只能排除一个数字,如果对方想的是99,你得猜99次才能猜到!

    下面是一种更简单的算法,从50开始猜,假设对方想的数字是57,虽然猜小了,但是排除掉了一半的数字!


    接下来你再猜75,大了,那余下的数字又排除了一半。如此循环知道猜中数字,这就是二分查找。每次猜测排除的数字个数如下:


    二分查找 - 每次排除的个数

    不管对方心里想的是哪个数字,你都能在7次之内猜到,因为每次猜测都将排除很多数字!

    二分查找与简单查找的对比:
    假如你要再包含 240 000 个单词的字典中查找一个单词,如果要查找的单词位于字典末尾,使用简单查找将需要 240 000 步;使用二分查找,每次排除一半的单词,知道最后只剩下一个单词。


    二分查找处理 240 000 个数据

    只需要18步!
    一般而言,对于包含n个元素的列表,用二分查找最多需要 log n 步,而简单查找需要 n 步。这就是涉及到下一篇的知识 - 算法性能分析 - 用大O表示法讨论时间复杂度。

    基本思想:也称为是折半查找,属于有序查找算法。用给定值k先与中间结点的关键字比较,中间结点把线形表分成两个子表,若相等则查找成功;若不相等,再根据k与该中间结点关键字的比较结果确定下一步查找哪个子表,这样递归进行,直到查找到或查找结束发现表中没有这样的结点。

    复杂度分析:最坏情况下,关键词比较次数为log2(n+1),且期望时间复杂度为O(log2n);

    折半查找的前提条件是需要有序表顺序存储,对于静态查找表,一次排序后不再变化,折半查找能得到不错的效率。但对于需要频繁执行插入或删除操作的数据集来说,维护有序的排序会带来不小的工作量,那就不建议使用。——《大话数据结构》

    啊,不好意思,忘了加代码。源书中给出的是Python的例子,我会自己写一个C语言和Java的版本出来以供学习。由于我本身对C语言和Java没有太深入的了解,如果有bug或者更优雅的代码请告知我。共同学习,共同进步。


    大佬求带

    Python 二分查找代码

    # 二分查找函数
    def binary_search(list, item):
        low = 0
        high = len(list) -1
    
        while low <= high:
            mid = (low + high) / 2
            guest = list[mid]
            if guest == item:
                return mid
            if guest > item:
                high = mid - 1
            else:
                low = mid + 1
        return None
    
    my_list = [1, 3, 5, 7, 9]
    
    print binary_search(my_list, 3)
    print binary_search(my_list, -1)
    

    C 二分查找函数

    #include <stdio.h>
    
    int binary_search(int list[], int item, int len)
    {
            int low = 0, high = len - 1;
            int mid, guest;
    
            while (low <= high)
            {
                    mid = (low + high) / 2;
                    guest = list[mid];
                    if (guest == item)
                            return mid;
                    if (guest > item)
                            high = mid - 1;
                    else
                            low = mid + 1;
            }
            return -1;
    }
    
    int main(void)
    {
            int my_list[] = {1, 3, 5, 7, 9};
            int len = sizeof(my_list) / sizeof(my_list[0]);
            int a = binary_search(my_list, 3, len);
            printf("%d\n", a);
            return 0;
    }
    

    注:图片均来源于互联网

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