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Java实现二分法查找

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二分法查找

概述

二分查找也称折半查找(Binary Search),它是一种效率较高的查找方法。

但是,折半查找要求线性表必须采用顺序存储结构,而且表中元素按关键字有序排列。

归并排序即运用了二分法的思想。首先需要一个由小到大排序好的数组,先对比中间的值,如果比要找的大,则向前找,取中间值前面的一半再找中间值再对比。

如果比要找的小,则向后找,取中间值后面的一半再取中间值再对比。

递归实现

这里,我使用了递归的方法进行实现。

首先需要确认查找的范围,即有一个左索引和右索引,每次取(left+right)/2为中间值,比较要查找的元素和中间值的大小,若中间值大,则向前找,即递归范围为left ,mid-1。反之向右找,即递归范围mid+1,right。若相等即为找到。

但是需要继续向此索引的前后找找看有没有和其相等的值,一并加入到集合中,最后返回这个集合。

递归实现代码

package search;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class BinarySearch {
    public static void main(String[] args) {
        int[] array = {1,1,1,2,3,4,5,6,7};
        List<Integer> integers = binarySearch(array, 0, array.length - 1, 1);
//        for (Integer integer : integers) {
//            System.out.print(integer+ " ");
//        }
        System.out.println(integers);
    }
    public static List<Integer> binarySearch(int[] array, int left, int right, int value){
        //如果左索引大于右索引,则说明全部遍历完了,也没有找到相应的值,返回空集合即可
        if (left>right){
            return new ArrayList<Integer>();
        }
        //获取中间值的下标(二分)
        int mid = (left+right)/2;
        //如果要找的值比中间值小,则继续向左找
        if (value < array[mid]){
            return binarySearch(array, left, mid-1, value);
        //要找的值比中间值小大,则向右找
        }else if (value > array[mid]){
            return binarySearch(array, mid+1, right, value);
        //否则,说明相等,找到了
        }else {
            //找到一个,还需要向左右找找看有没有相同的值
            List<Integer> resultList = new ArrayList();
            //向左循环找,如果有,则加入到集合中
            int temp = mid - 1;
            while (temp>=0 && array[temp] == value){
                resultList.add(temp);
                temp -= 1;
            }
            //向右循环找,如果有,则加入到集合中
            temp = mid + 1;
            while (temp < array.length && array[temp] == value){
                resultList.add(temp);
                temp += 1;
            }
            //将一开始找到的那个索引页加入到集合中。
            resultList.add(mid);
            return resultList;
        }
    }
    
    //以下这段代码来自百度百科,供大家参考。
    public static int binarySearch(Integer[] srcArray, int des) {
        //定义初始最小、最大索引
        int start = 0;
        int end = srcArray.length - 1;
        //确保不会出现重复查找,越界
        while (start <= end) {
            //计算出中间索引值
            int middle = (end + start)>>>1 ;//防止溢出
            if (des == srcArray[middle]) {
                return middle;
                //判断下限
            } else if (des < srcArray[middle]) {
                end = middle - 1;
                //判断上限
            } else {
                start = middle + 1;
            }
        }
        //若没有,则返回-1
        return -1;
    }
}

循环实现代码(非递归)

package search;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;
/**
 * @Author: sshdg
 * @Date: 2020/9/21 9:22
 */
public class BinarySearch2 {
    public static void main(String[] args) {
        int[] array = {1,1,1,1,1,2,3,4,5,6,7};
        System.out.println(BinarySearch2.binarySearch(array, 7));
    }
    public static List<Integer> binarySearch(int[] array, int key){
        List<Integer> resultList = new ArrayList<>();
        int start = 0;
        int end = array.length - 1;
        while (start <= end){
            int mid = (start + end) / 2;
            int midValue = array[mid];
            if (key > midValue){
                //key比中间值大。向右找
                start = mid + 1;
            } else if (key < midValue){
                //key比中间值小。向左找
                end = mid - 1;
            } else {
                //否则就找到了
                //先向左找有没有相同值
                int temp = mid -1;
                while (temp >= start && array[temp] == key){
                    resultList.add(temp);
                    temp -= 1;
                }
                //将一开始找到的加入结果集
                resultList.add(mid);
                //再向右找找有没有相同值
                temp = mid + 1;
                while (temp <= end && array[temp] == key){
                    resultList.add(temp);
                    temp += 1;
                }
                break;
            }
        }
        return resultList;
    }
}

二分法查找(递归、循环)

public class BinarySearch {
    /**
     * @author JadeXu
     * @// TODO: 2020/12/7 二分查找
     * 思路:
     * 1、获取数组的中间值,先获取下标,方便多次查找
     * 奇数位的数组直接获取中间位,偶数位的数组获取中间的第一位或第二位都可,一般获取第一位(因为与奇数位获取中间值的方法一样)
     * 2、获取查找的区间范围,start:区间开始的下标,end:区间结束的下标
     * 3、判断查找的数和中间位的数是否相同
     * 相同时,直接返回需要的数据,跳出方法
     * 大于时,即数可能在中间值右边的区间内,此时start = mid+1,即mid往后移一位,就得到了中间值右边区间的开始下标
     * 小于时,即数可能在中间值左边的区间内,此时end = mid-1,即mid往前移一位,就得到了中间值左边区间的结束下标
     * 当一个区间里,开始下标小于等于结束下标时,该区间才是有效区间,才能继续查找。否则无效,返回找不到,跳出方法
     */
    //循环
    /**
     * @param arr 已经升序好的int[]
     * @param num 需要查找的数字
     * @return 找到则返回下标,没找到则返回-1
     */
    private static int binarySearchByCycle(int[] arr,int num) {
        int start = 0;
        int end = arr.length - 1;
        while (start <= end){
            int mid = (start + end) / 2;
            if(num == arr[mid]){
                return mid;
            }else if(num > arr[mid]){
                start = mid + 1;
            }else {
                end = mid - 1;
            }
        }
        return -1;
    }
    //递归
    /**
     * @param arr 已经升序好的int[]
     * @param num 需要查找的数字
     * @param start 区间开始下标
     * @param end 区间结束下标
     * @return 找到则返回下标,没找到则返回-1
     */
    private static int binarySearchByRecursion(int[] arr,int num,int start,int end) {
        int mid = (start + end) / 2;
        if(num == arr[mid]){
            return mid;
        }else if(num > arr[mid]){
            start = mid + 1;
        }else {
            end = mid - 1;
        }
        if(start <= end){
            mid = binarySearchByRecursion(arr,num,start,end);  //递归继续寻找
        }else {
            mid = -1;
        }
        return mid;
    }
}

以上为个人经验,希望能给大家一个参考,也希望大家多多支持。

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