每日演算法 開篇 二分查詢

2021-07-10 00:17:17 字數 3008 閱讀 3286

演算法是神奇的。

it技術日新月異,各種語言、工具、平台快速更迭著。

而演算法、資料結構,幾乎是不會過時的。

之前學習了演算法與資料結構,但是總感覺沒有用武之地,對演算法的認識大多僅限於」程式設計大賽」。因為不常用,所以漸漸生疏。

前陣子在學習lighttpd的原始碼,發現裡面的演算法、資料結構幾乎貫穿了整個專案,陣列、字串、鍊錶、樹等資料結構以及二分查詢等演算法的靈活應用,使得整個專案的邏輯更加清晰,而效率也提公升了許多。

我這才見識到演算法與資料結構在工程應用中的重要性。

我們日常的學習中,大多學的是最標準的演算法版本,然而實際問題卻千變萬化,實際用到的演算法也常常是標準版本的變形。所以,光靠「背演算法」是很難有成效的,我們需要理解乙個演算法背後的思想,才能以不變應萬變。

在接下來,我將重新把一些常用的經典演算法捋一遍,力求理解演算法的內涵。

說到演算法,我想大家對二分演算法並不陌生,但是能快速寫出正確的**的人卻不多。接下來,我們將以二分演算法及其變形為例,開始走進演算法的重修之路。

也許我說,麻煩你快速寫乙個二分查詢的演算法,為簡單起見,寫個遞迴版本的吧!

然後刷刷刷下面的**就出來了:

int binarysearch(int arr, int

left, int

right, int x)

return -1;

}

以上**似乎已經挺完美了。

可是,要是arr==null呢?要是arr是降序排序的呢??

這就涉及兩個問題:

1.**的健壯性

我們只需修改下if條件:

if (null != arr && left

<= right)

就可以讓我們的程式更加健壯。

2.明確需求,對症下藥

對於這一點,我覺得《程式設計珠璣》就講的很精彩,裡面從乙個排序演算法講起,從一開始的「我要對一些檔案排序」一步步挖掘需求,從盲目的歸併演算法到針對特定範圍內的整數的點陣圖排序。

所以在面試中,或者在實際應用中,如果你能夠多問一句:「陣列是公升序還是降序?」我想就能少犯錯誤。

下面我們來寫一寫非遞迴版本(只考慮陣列公升序),並指出一些常見的問題:

int binarysearch(int arr, int left, int right, int x)

return -1;

}

最後別忘了針對各種輸入情況進行測試。

**在這裡備註乙個小技巧:

你可能注意到,我在if語句中進行相等測試的語句是:

if (null == arr)
if (arr == null)
而我那樣寫的理由很簡單,如果粗心的你一不小心把 == 寫成了 = ,那麼該語句將變成乙個賦值語句,而通常情況下編譯器是檢測不到這個錯誤的,因為該語句在語法上是正確的。而對於我的寫法,如果 == 寫成 = ,由於左邊是乙個右值,所以該語句在語法上是錯誤的,編譯器將幫我們指出這個錯誤。

因此,這個小細節體現的是良好的程式設計習慣。

在迴圈有序陣列中查詢指定元素,也就是說在類似這樣的陣列中查詢指定的元素。

我們使用二分法,當我們取出mid之後,陣列將被分成兩個部分,每部分有兩種可能: 純有序陣列 or 迴圈有序陣列。

如果(arr[mid] >= arr[left]),說明左側是乙個純有序陣列,於是當x<=arr[mid]&&x>=arr[left]時,待測元素肯定會在mid的左側,其他情形則會在mid的右側。

如果(arr[mid] < arr[left]),說明右側是乙個純有序陣列,於是當x<=arr[left]&&x>=arr[mid]時,待測元素肯定會在mid的右側,其他情形則會在mid的左側。

int search(int arr, int left, int right, int x)

else

}return -1;

}

需要注意的是,我們的**仍然有缺陷。

1.純有序陣列是旋轉陣列的特例,不過顯然我們的**可以處理這種情況。

2.如果陣列中的數字是可重複的呢?

比如,那麼我們的程式在查詢0時將失敗!因為在我們的程式中,將認為是乙個純有序陣列。

(對於,我們的程式能夠正確處理)。

為解決這個問題,我們需要對arr[mid] == arr[left] 的情況進行處理。(我的思路:對left到mid部分進行順序查詢,如果該部分的值均相同,說明左側是乙個純有序陣列,否則為迴圈有序陣列。再根據結果進入下一步,具體實現留給讀者去思考。)

假如集合中的元素有重複,要找到x首次出現的位置。

只需要對 arr[mid] == x 的情況進行特殊處理,檢查前乙個元素是否是重複元素。

int binarysearch(int arr, int left, int right, int x)

else

if (arr[mid] > x) right = mid-1;

else left = mid+1;

}return -1;

}

在乙個有序的陣列裡,資料裡面元素可能有重複的,查詢指定x所在的索引範圍。

例如:int arr = ; 查詢3的話,應該返回[5,9]。

思路1:用二分法隨意找乙個x的索引,之後往兩邊找重複的x;

以上演算法在x比較多的情況下效率不高。

思路2:兩次二分法,第一次找x首次出現的位置(變形2)left,第二次找比x大的數的最小索引right,於是答案為[left,right-1]。

第二次二分的**(找第乙個比x大的數且其索引最小):

int binarysearch(int arr, int left, int right, int x)

else left = mid+1;

}return -1;

}

好了~就先講到這裡,每天進步一點點,come on!

(●』◡』●)

本人水平有限,如文章內容有錯漏之處,敬請各位讀者指出,謝謝!

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