二分查找法

二分查找方法
二分查找经常用来在有序的数列查找某个特定的位置。

因此，应用二分查找法，这个数列必须包含以下特征：

• 存储在数组中
• 有序排列

二分查找方法不适用于链表，因为链表方法需要遍历，应用二分查找法意义不大。

一般情况下，我们默认数组是单调递增数列，且无重复元素。（有重复元素的题应该如何解决）

 

二分查找方法递归和非递归实现

 第一种是递归方法实现，递归方法一般走的比较深，容易超时：

 1 public int binarySearch(int [] A, int low, int high, int target){
 2     if (low > high)
 3         return -1;
 4 
 5     int mid = (low + high)/2;
 6     if (A[mid]> target)
 7         return    binarySearch(array, low, mid -1, target);
 8     if (array[mid]< target)
 9         return    binarySearch(array, mid+1, high, target);
10     
11     if (A[mid] == target)
12         return mid;
13 }           

 第二种是非递归实现方法，更常用一些：

 1 public int binarySearch(int[] A, int low, int high, int target){
 2     if(low > high)
 3         return -1;
 4 
 5     while(low<=high){
 6         int mid = low+high/2;
 7         if(A[mid] == target)
 8             return mid;
 9         if(A[mid] > target)
10             high = mid-1;
11         if(A[mid] < target)
12             low = mid+1;
13     }
14     return -1;
15 }

 

Rotated Sorted Array

这是二分查找方法的一个变种，在leetcode中出现过。

它是有序数组，取期中某一个数为轴，将其之前的所有数都轮转到数组的末尾所得。比如{7, 11, 13, 17, 2, 3, 5}就是一个轮转后的有序数组。非严格意义上讲，有序数组也属于轮转后的有序数组——我们取首元素作为轴进行轮转。 

 1 public int SearchInRotatedSortedArray(int [] array, int low, int high, int target) 
 2 {
 3     while(low <= high)
 4     {
 5         int mid = (low + high) / 2;
 6         if (target < array[mid])
 7             if (array[mid] < array[high])//the higher part is sorted
 8                 high = mid - 1; //the target would only be in lower part
 9             else //the lower part is sorted
10                 if(target < array[low])//the target is less than all elements in low part
11                     low = mid + 1;
12                 else
13                     high = mid - 1;
14 
15         else if(array[mid] < target)
16             if (array[low] < array[mid])// the lower part is sorted
17                 low = mid + 1; //the target would only be in higher part
18             else //the higher part is sorted
19                if (array[high] < target)//the target is larger than all elements in higher part
20                     high = mid - 1;
21                 else
22                     low = mid + 1;
23         else //if(array[mid] == target)
24             return mid;
25     }
26 
27     return -1;
28 }

 

 

二分查找缺陷

二分查找法的O(log n)让它成为十分高效的算法。不过它的缺陷却也是那么明显的。就在它的限定之上：

必须有序，我们很难保证我们的数组都是有序的。当然可以在构建数组的时候进行排序，可是又落到了第二个瓶颈上：它必须是数组。

数组读取效率是O(1)，可是它的插入和删除某个元素的效率却是O(n)。因而导致构建有序数组变成低效的事情。

 

解决这些缺陷问题更好的方法应该是使用二叉查找树了，最好自然是平衡二叉树了，自能高效的（O(n log n)）构建有序元素集合，又能如同二分查找法一样快速（O(log n)）的搜寻目标数。

 

二分查找其他应用

1. 寻找上下界

2. 寻找范围

本文基于：http://www.cnblogs.com/ider/archive/2012/04/01/binary_search.html