資料結構 有序向量的查詢與改進

2022-09-19 20:33:20 字數 1732 閱讀 8508

語義規定:在有序向量的區間[lo, hi)內,返回e的秩,若有多個相同值則返回最大的秩,若查詢失敗則返回-1

原理:每次取lo與hi的終點,不停調整區間,經過至多兩次比較可以完成一次迭代。

直到最後lo>=hi時(其實就是lo=hi),此時的區間寬度為0,表示查詢失敗了。

// 二分查詢演算法(版本a):在有序向量的區間[lo, hi)內查詢元素e,0 <= lo <= hi <= _size

template static rank binsearch ( t* s, t const& e, rank lo, rank hi ) //成功查詢可以提前終止

return -1; //查詢失敗

} //有多個命中元素時,不能保證返回秩最大者;查詢失敗時,簡單地返回-1,而不能指示失敗的位置

查詢長度分析:

為了評定各個查詢的細微差距,我們考察查詢長度,同樣有最好最壞和平均。

這裡我們依舊考察平均查詢長度:\(c_(k)\)

設在長度為\(n=2^k-1\)的有序向量中進行查詢

1、成功查詢長度

遞推基:

\(c_(k)=c(1)=2\)

遞推分析:對於成功查詢,總共有三種情況

1.經過1次比較,問題轉化為2^-1的新問題;

2.經過2次比較,問題轉化為2^-1的新問題;

3.經過2次比較,在mid處命中,查詢成功.

那麼則有遞推公式

\[c(k) = [c(k-1)+(2^-1)] + 2 +[c(k-1)+2*(2^-1)]=2*c(k-1)+3*2^-1\]令

\[f(k)=c(k)-3k*2^-1

\]則有

\[f(1)=2;f(k)=2f(k-1)=2^2f(k-2)=\dots=2^f(1)=-2^k

\]於是

\[c(k) = f(k)+3k*2^+1=(\frack-1)*(2^k-1)+ \frack

\]進而得到

\[c_=\frac=\frack-1+\frack*\frac=\frack-1+o(\varepsilon)

\]n趨於無窮時忽略末尾收斂的無窮小量平均查詢長度為:

\[o(1.5k)=o(1.5\cdot log_n)

\]

// 二分查詢演算法(版本b):在有序向量的區間[lo, hi)內查詢元素e,0 <= lo < hi <= _size

template static rank binsearch ( t* s, t const& e, rank lo, rank hi ) //出口時hi = lo + 1,查詢區間僅含乙個元素a[lo]

return e < s[lo] ? lo - 1 : lo; //返回位置,總是不超過e的最大者

} //有多個命中元素時,返回秩最大者;查詢失敗時,簡單地返回-1,而不能指示失敗的位置

template static rank binsearch ( t* s, t const& e, rank lo, rank hi )  //成功查詢不能提前終止

return lo - 1; //迴圈結束時,lo為大於e的元素的最小秩,故lo - 1即不大於e的元素的最大秩

} //有多個命中元素時,返回秩最大者;查詢失敗時,能夠返回失敗的位置

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