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二分查找与STL中的上下界查找函数

程序员文章站 2022-03-14 09:57:39
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二分查找是分治算法中一个典型的例子,将问题不断折半,其时间复杂度为O(logN),但前提是元素已经从小到大有序排列。

可将对数最常出现的规律概括为一般法则:如果一个算法用常数时间O(1)将问题的大小削减为其一部分(通常为一半),那么该算法是O(logN)的,相对的如果一个算法用常数时间只是把一个问题减少一个常数(如问题减少1),那么该算法是O(N)的。

基本的二分查找(判断是否存在)

#include<iostream>
using namespace std;
int Binarysearch(int a[], int l, int r, int v)
{
	int mid;
	while (l <= r)
	{
		mid = (l + r) / 2;         //折半
		if (v > a[mid])
			l = mid + 1;
		else if (v < a[mid])
			r = mid - 1;
		else
			return mid;
	}
	return -1;                         //没有找到
}

C++STL中有二分查找的函数:

binary_search(first,end,vaule)

如果可以在范围内查找到vaule则返回true,否则返回false

数组范围是a,a+n,容器范围需要用首尾迭代器

 

但是当数组排序中有多个大小相同的元素时,再使用二分查找就需要区分上下界了。

求下界的二分查找:返回查找对象出现的第一个位置!如果该对象不存在也会返回一个位置,在该位置插入该对象序列的顺序不变!

#include<iostream>
using namespace std;
int lowerbound(int a[], int l, int r, int v)
{
	int mid;
	while (l < r)
	{
		mid = (l + r) / 2;
		if (v <= mid)                 //当mid大于等于v时,v的下界可能是mid,也可能在mid左边
			r = mid;
		else
			l = mid + 1;          //当mid小于v时,其下界只可能在v右边
	}
	return l;
}

求上界的二分查找:返回查找对象出现的最后一次位置的下一个位置。

#include<iostream>
using namespace std;
int uperbound(int a[], int l, int r, int v)
{
	int mid;
	while (l < r)
	{
		mid = (l + r) / 2;
		if (v >= mid)             
			l=mid+1;
		else
			r = mid;         
	}
	return l;
}

给出一组数据,求其最长上升子序列的最大长度

首先区分子序列和子段。子段是连续的一段;而子序列可以是不连续的,但子序列元素之间的相对顺序是确定的。

定义一个d[k],装入的是长度为k的子序列的最后一个元素,因为我们要求最长的上升子序列,故当长度相同时肯定是d[k]优先装入小的元素!(同理如果要求最长不上升子序列,那么d[k]优先装入大的元素)

显然d[1]=a[1],最终得到的k就是最长上升子序列的长度。

#include<iostream>
using namespace std;
int arr[1000], ans[1000], len;
int search(int i)                                    //使用求下界的二分查找查找位置
{
	int l=0, r=len, mid;
	while (l < r)
	{
		mid = (l + r) / 2;
		if (arr[i] <= ans[mid])                      //最长不上升则是arr[i]>=ans[mid]
			r=mid;
		else
			l=mid+1;
	}
	return l;
}
int main()
{
	int n;
	cin >> n;
	for (int i = 1; i <= n; i++)
		cin >> arr[i];
	ans[1] = arr[1];
	len = 1;
	for (int i = 2; i <= n; i++)
	{
		if (arr[i] > ans[len])             //如果是上升的,则长度加1,记录末尾元素
			ans[++len] = arr[i];
		else                               //否则能找到一个位置ans[j-1]<arr[i]<ans[j],将arr[i]插入到ans[j]中,满足相同长度下优先装入小的元素
		{
			int pos = search(i);
			ans[pos] = arr[i];
		}
	}
	cout << len << endl;                       //返回len为最长长度
	return 0;
}

 

STL中的求上下界函数:

假设有一个升序排列的数组a

求下界函数lower_bound(a,a+n,x)           //注意数组下标是从0开始还是从1开始

前两个参数为数组的首尾元素指针,第三个元素为要查找的值,函数返回值是指针类型。

1.如果数组中没有x,则返回第一个比x大的元素的下标

2.如果数组中有多个x,则会返回第一个x 的下标

 

求上界函数upper_bound(a,a+n,x)

前两个参数为数组的首尾元素指针,第三个元素为要查找的值,函数返回值是指针类型。

1.如果数组中没有x,则返回第一个比x大的元素的下标

2.如果数组中有多个x,则会返回最后一个x的下一个位置的下标

 

其时间复杂度均为O(logN),也通常使用上下界函数求解一组升序排列数中x有几个

int x1 = lower_bound(a,a+n, x) - a;   //取得上下界的数组角标数
int x2 = upper_bound(a,a+n, x) - a;
	if (x1 != x2)                     //如果不相等,则至少存在一个x
	  cout<<x2-x1<<endl;