二分查找细节探索
什么是二分查找
如何在一个有序数列中准确找到一个元素的位置?这时可以利用二分查找。二分查找又叫作对半查找,每次查找后,查找的范围都折半,这样查找到最后,超找范围就只剩一个数,判断它是否为要查找的数,如果是,就记录它的位置,如果不是,则要查找的数不在这个数组中。
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例1 给定一个 n 个元素有序的(升序)整型数组 nums 和一个目标值 target ,写一个函数搜索 nums 中的 target,如果目标值存在返回下标,否则返回 -1。(例题选自LeetCode官网,链接: https://leetcode-cn.com/study-plan/algorithms/?progress=9dlc1ls)
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输入: nums = [-1,0,3,5,9,12], target = 9
输出: 4
解释: 9 出现在 nums 中并且下标为 4 -
输入: nums = [-1,0,3,5,9,12], target = 2
输出: -1
解释: 2 不存在 nums 中因此返回 -1
如果不采用二分查找的方法,代码如下
nums = [-1, 0, 3, 5, 9, 12]
target = -2
for i in range(0, len(nums)):
if target == nums[i]:
print(i)
break
elif target > nums[i]:
continue
else:
print(-1)
break
else:
print(-1)
可以看到从序列开始的元素寻找,如果要寻找的数字比较大时,要寻找整个序列。
下面采用二分查找的方法。
nums = [-1, 0, 3, 5, 9, 12]
target = 13
head, tail = 0, len(nums) - 1
while head <= tail:
mid = head + (tail - head) // 2
if target < nums[mid]:
tail = mid - 1
elif target > nums[mid]:
head = mid + 1
else:
print(mid)
break
else:
print(-1)
结果为
>>>-1
在二分查找中需要注意的问题有搜索区间,数组长度,循环退出条件。以上程序中采用左闭右闭的情况,则其寻找范围为[0 len-1],此时while循环中应该包括=。当采用左闭右开的形式时,代码如下
nums = [-1, 0, 3, 5, 9, 12]
target = 3
head, tail = 0, len(nums)
while head < tail:
mid = head + (tail - head) // 2
if target > nums[mid]:
head = mid + 1
else:
tail = mid
else:
if head == len(nums):
print(-1)
elif target == nums[head]:
print(head)
else:
print(-1)
此时需要单独判断是否出了边界。搜索范围[0 len),此时while循环中不包括=。
下面再看一个例子。
- 例2 给定一个排序数组和一个目标值,在数组中找到目标值,并返回其索引。如果目标值不存在于数组中,返回它将会被按顺序插入的位置。(例题选自LeetCode官网,链接: https://leetcode-cn.com/study-plan/algorithms/?progress=9dlc1ls)
- 输入: nums = [1,3,5,6], target = 5
输出: 2 - 输入: nums = [1,3,5,6], target = 2
输出: 1
使用左闭右闭区间
nums = [1,3,5,6], target = 5
head, tail = 0, len(nums) - 1
while head <= tail:
mid = head + (tail - head) // 2
if target > nums[mid]:
head = mid + 1
elif target == nums[mid]:
print(mid)
break
else:
tail = mid - 1
else:
print(head)
使用左闭右开区间
nums = [1,3,5,6], target = 5
head, tail = 0, len(nums)
while head < tail:
mid = head + (tail - head) // 2
if target > nums[mid]:
head = mid + 1
elif target == nums[mid]:
print(mid)
break
else:
tail = mid
else:
print(tail)
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