二分法查找(binarySearch)

12/28/2017

# 一、什么是二分法

# 1.概念

二分法,也称为折半法,是一种在有序数组中查找特定元素的搜索算法。

# 2.算法原理

(1)首先,从数组 (opens new window)的中间元素开始搜索,如果该元素正好是目标元素,则搜索过程结束,否则执行下一步。 (2)如果目标元素大于/小于中间元素,则在数组大于/小于中间元素的那一半区域查找,然后重复步骤(1)的操作。 (3)如果某一步数组为空,则表示找不到目标元素。

# 3.算法实现

import java.util.Arrays;

public class BSExist {

	public static boolean exist(int[] sortedArr, int num) {
		if (sortedArr == null || sortedArr.length == 0) {
			return false;
		}
		int L = 0;
		int R = sortedArr.length - 1;
		int mid = 0;
		// L..R
		while (L < R) { // L..R 至少两个数的时候
			mid = L + ((R - L) >> 1);
			if (sortedArr[mid] == num) {
				return true;
			} else if (sortedArr[mid] > num) {
				R = mid - 1;
			} else {
				L = mid + 1;
			}
		}
		return sortedArr[L] == num;
	}
	
	// for test
	public static boolean test(int[] sortedArr, int num) {
		for(int cur : sortedArr) {
			if(cur == num) {
				return true;
			}
		}
		return false;
	}
	
	
	// for test
	public static int[] generateRandomArray(int maxSize, int maxValue) {
		int[] arr = new int[(int) ((maxSize + 1) * Math.random())];
		for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
			arr[i] = (int) ((maxValue + 1) * Math.random()) - (int) (maxValue * Math.random());
		}
		return arr;
	}
	
	public static void main(String[] args) {
		int testTime = 500000;
		int maxSize = 10;
		int maxValue = 100;
		boolean succeed = true;
		for (int i = 0; i < testTime; i++) {
			int[] arr = generateRandomArray(maxSize, maxValue);
			Arrays.sort(arr);
			int value = (int) ((maxValue + 1) * Math.random()) - (int) (maxValue * Math.random());
			if (test(arr, value) != exist(arr, value)) {
				succeed = false;
				break;
			}
		}
		System.out.println(succeed ? "Nice!" : "Fucking fucked!");
	}

}

# 二、二分法算法特点

# 1.时间复杂度

1.最坏情况查找最后一个元素(或者第一个元素)Master定理T(n)=T(n/2)+O(1)所以T(n)=O(log2n) 2.最好情况查找中间元素O(1)查找的元素即为中间元素(奇数长度数列的正中间,偶数长度数列的中间靠左的元素)

# 2.空间复杂度 (opens new window)

空间复杂度为 S(n)=logn

# 3.稳定性

但是,这个算法存在局限性。 比如说给你有序数组 (opens new window) nums = [1,2,2,2,3],target = 2,此算法返回的索引是 2,没错。但是如果我想得到 target 的左侧边界,即索引 1,或者我想得到 target 的右侧边界,即索引 3,这样的话此算法是无法处理的。 这样的需求很常见。你也许会说,找到一个 target 索引,然后向左或向右线性搜索不行吗?可以,但是不好,因为这样难以保证二分查找对数级的时间复杂度 (opens new window)了。