攻克数据结构和算法——第五天:查找

简介: 查找过程中,往往是依据数据元素的某个数据项进行查找,这个数据项通常是数据的关键字。关键字:是数据元素中某个数据项的值,用以标识一个数据元素。

一,查找的基本概念


一是数据如何组织——查找表,

二是在查找表上如何查找——查找方法


1,查找表是由同类型的数据元素(或记录)构成的集合。


2,对查找表基本操作


●1)查询某个数据元素是否在查找表中;

●2)检索某个数据元素的各种属性;

●3)在查找表中插入一个数据元素;

●4)从查找表中删去某个数据元素。


3,查找表分类


●静态查找表

仅作查询和检索操作的查找表。


●动态查找表

"查询”结果"不在查找表中”→数据元素插入到查找表中; ;

"查询”结果为"在查找表中”的数据元素→删除。


查找过程中,往往是依据数据元素的某个数据项进行查找,这个数据项通常是数据的关键字。

关键字:是数据元素中某个数据项的值,用以标识一个数据元素。


若关键字能标识唯一的一个数据元素,

则称为主关键字。

若关键字能标识若干个数据元素,

则称为次关键字。


4,平均查找长度ASL


给定值与关键字比较次数的期望值


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5,常见的查找算法:


1)顺序查找

2)二分查找

3)索引查找

4)哈希查找


二,顺序查找


顺序查找基本思想

●从表中指定位置(一般为最后一一个,第0个位置设为岗哨)的记录开始,沿某个方向将记录的关键字与给定值相比较,若某个记录的关键字和给定值相等,则查找成功;


●反之,若找完整个顺序表,都没有与给定关键字值相等的记录,则此顺序表中没有满足查找条件的记录,查找失败。


●空间复杂度: O(1)

●时间复杂度:

查找算法的基本运算是给定值与顺序表中记录关键字值的

比较。


最好情况: O(1)

最坏情况: O(n)

平均情况: O(n)


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代码实现:


typedef struct{        //查找表的数据结构
    ElemType *elem;    //元素存储空间基址,建表时按实际长度分配,0号单元留空作为哨兵
    int TableLen;      //表的长度
}SSTable;
int Search_Seq(SSTable ST,ElemType key) {
    ST.elem[0] = key; //哨兵
    for(i=ST.TableLen;ST.elem[i]!=key;--i) { // 从后往前查找
        return i; //若表中不存在关键字为key的元素,将查找到i为0时退出for循环。
    }
}


将ST.elem[0]称为"哨兵"。引入它的目的是使得Search_Seq内的循环不必判断数组是否会越界,因为满足i==0时,循环一定会跳出。引入哨兵的目的是避免很多不必要的判断语句,从而提高程序效率。


三,折半查找


1,有序表:如果顺序表中的记录按关键字值有序,即: R[i].key≤R[i+ 1].key (或R[i].key≥R[i+ 1].key),

i=1,2...n-1,则称顺序表为有序表。

1 3 7 10 12 124

有序表



1 3 7 13 12 124

无序表


将待查关键字与有序表中间位置的记录进行比较,若相等,查找成功,若小于,则只可能在有序表的前半部分,若大于则只可能在有序表的后半部分,因此,经过一次比较,就将查找范围缩小一半,这样一直进行下去直到找到所需记录或记录不在查找表中。


2,代码实现:


int BinarySearch(DataType SL[], KeyType key, int n){
/*在长度为n的有序表SL中折半查找其关键字等于key的记录*/
/*查找成功返回其在有序表中的位置,查找失败否返回0*/
    int low=1;
    int high=n;
    while(low< =high){
        mid=(loW+ high)/2;
        if(key == SL[mid].key) {return mid;}
        else if( key> SL[mid].key) low=mid+ 1;
            else high=mid-1;
    }
    return 0;
}


3,折半查找特点


折半查找的查找效率高;

平均查找性能和最坏性能相当接近;

折半查找要求查找表为有序表;

并且,折半查找只适用于顺序存储结构。


4,性能分析:


以深度为h的满二叉树为例, 即: n=2^h-1 并且查找概率相等,则


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当n> 50时,可得近似结果

ASL≈log2(n+1)-1


四,索引查找


在现代社会,数据充斥着我们的生活,正因为大量的数据才能有现在如此现代化的社会,但是大量的数据也给人们带来了很大的困扰。并且有的数据是很杂乱的,会导致查找困难。


所以我们想到了一种方法,就是建立索引。


索引说白了就是一个关键字,一个能帮助你更方便查找的关键字,可以是很多东西,一个字母,一个字符串,一个数字等等。


1,索引使用方法

●先分析数据规律,建立索引

●再根据索引|进行快速定位

●在定位的地方进行细致搜索


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先分块,块间有序,就可以快速定位到块。


2,索引表的构建

1) 分块:


第Rk块中所有关键字< Rk+1块中所有关键字,(k=1, 2, ..L-1)


2)建立索引项:


关键字项:记载该块中最大关键字值;

指针项:记载该块第一 个记录在表中位置。


3)所有索引项组成索引表。


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3,索引表的查找


分两步,第一步是索引表的查找,第二步是查找表的查找。


索引表是有序的。


4,例子:


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5,索引表的顺序查找算法思想描述


首先根据待查找关键字在索弓|表当中定位块。定位的方法是:只要key>索引块i的最大关键值,则i++, 定位下一个索引项;直到定位到索引块,或者把索弓|项都定位完也没有比key关键字大的索引项。


如果定位到块,则在块内部进行顺序查找。


6,代码实现:


int IndexSequelSearch(IndexType |s[], DataType s[], int m, KeyType key){
/*索引表为Is[0]-Is[m-1],顺序表为s */
    i=0;
    while(i <m && key>ls [i ].key) i++; /*块间查找*/
        if(i= =m)return -1; /*查找失败*/
        else{
            /*在块内顺序查找*/
            j=ls[ i ].Link;
            while(Key!=s[j].key &&j<Is[ i+1 ].Link)j++;
            if(key = = s[j].key)return j; /*查找成功*/
            else return -1; /*查找失败*/
    }
}


typedef struct IndexType
{   
    KeyType key;
    int Link;
} IndexType;


7,性能分析:


ASL=ASL(索引表)+ASL (块内)


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五,哈希查找

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