【二分查找】

简介: 【二分查找】

704. 二分查找

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。

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

链接: 二分查找

这个题是一个最基础的二分查找题目,需要你写出二分查找最基础的模板出来。

二分查找有许多的边界问题,每一次边界的处理都要坚持根据区间的定义来操作

,这就是循环不变量规则。

由题可知,该数组是一个升序的有序整型数组,

定义一个l变量,一个r变量,一个mid,分别表示的左值,右值,中值。

然后对每一次的mid中值进行一次check,当循环正常结束就是没有target值,

返回-1.

代码:

int search(int* nums, int numsSize, int target){
    int left=0,right=numsSize-1;
    int mid=(left+right)/2;
    while(left<right)
    {
        if(nums[mid]>=target)
        {
            right=mid;
        }
        else left=mid+1;
        mid=(left+right)/2;
    }
    if(nums[left]==target)
    return left;
    return -1;
}

35. 搜索插入位置

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。

请必须使用时间复杂度为 O(log n) 的算法。

输入: nnums = [1,3,5,6], target = 5

输出: 2

输入: nums = [1,3,5,6], target = 2

输出: 1

输入: nums = [1,3,5,6], target = 7

输出: 4

链接: 搜索插入位置

这道题是二分查找的稍微进阶,相较于上一题需要考虑边界情况,

以及最后的返回值。

将上一题的代码拷贝下来

while(left<=right)
{
    if(nums[mid]==target)
    {
           return mid;
    }
    if(nums[mid]>target)
    {
        right=mid-1;
    }
    if(nums[mid]<target)
    {
        left=mid+1;
    }
    mid=(left+right)/2;

这是部分代码,从题中可知,

如果在遍历的时候找到与target对应的值,那么可以直接返回此时的下标mid

如果没有找到的话,循环结束后l,r,mid,这三个下标哪个是正确的返回值呢。

由题意得,返回的是按照值大小顺序插入的位置,所以返回了l的下标。

代码:

int searchInsert(int* nums, int numsSize, int target){
    int right =numsSize-1;
    int left=0;
    int mid=(right+left)/2;
    while(left<=right)
    {
        if(nums[mid]==target)
        {
               return mid;
        }
        if(nums[mid]>target)
        {
            right=mid-1;
        }
        if(nums[mid]<target)
        {
            left=mid+1;
        }
        mid=(left+right)/2;
    }
    return left;
}

34. 在排序数组中查找元素的第一个和最后一个位置

给你一个按照非递减顺序排列的整数数组 nums,和一个目标值 target。请你找出给定目标值在数组中的开始位置和结束位置。

如果数组中不存在目标值 target,返回 [-1, -1]。

你必须设计并实现时间复杂度为 O(log n) 的算法解决此问题。

示例 1:

输入:nums = [5,7,7,8,8,10], target = 8
输出:[3,4]

示例 2:

输入:nums = [5,7,7,8,8,10], target = 6
输出:[-1,-1]

示例 3:

输入:nums = [], target = 0
输出:[-1,-1]

链接: 在排序数组中查找元素的第一个和最后一个位置

解题思路:

1.题目要求找出等于target大小的数组元素下标的开始位置和结束位置。

2.也就说需要进行两次二分查找,一次找出开始位置,一次找出结束位置

3.找出开始位置:

  1. 当数组中有target元素的时候,我们可以将其分为两个部分
  2. 第一个部分范围为所有 小于target的值
  3. 第二部分则为所有 大于等于target的值
  4. 由此可知,第二部分的开头位置的下标即为所求

代码:

        int l = 0;
        int r = nums.size() - 1;
        int mid = (l + r) / 2;
        while (l < r)
        {
            if (nums[mid] >= target)
            {
                r = mid;
            }
            else
            {
                l = mid + 1;
            }
            mid = (l + r) / 2;
        }

4.找出结束位置下标:(同上)

  1. 当数组中有target元素的时候,我们可以将其分为两个部分
  2. 第一个部分范围为所有 小于等于target的值
  3. 第二部分则为所有 大于target的值
  4. 由此可知,第一部分的结束位置的下标即为所求

注意: 此时随着循环更新的是l的值,所以更新方式应改变。mid=(l+r+1)/2

代码:

l = 0;
r = nums.size() - 1;
mid = (l + r+ 1) / 2;
while (l < r)
{
    if (nums[mid] <= target)
    {
        l = mid;
    }
    else
    {
        r = mid - 1;
    }
    mid = (r + l+ 1) / 2;
}

每次求出也要检查所求下标对应的值是否为target。

代码:

class Solution {
public:
    vector<int> searchRange(vector<int>& nums, int target) {
        vector<int> ans;
        //特殊情况处理
        if(nums.size()==0)
        {
        ans.push_back(-1);
        ans.push_back(-1);
        return ans;
        }
        //初始位置
        int l = 0;
        int r = nums.size() - 1;
        int mid = (l + r) / 2;
        while (l < r)
        {
            if (nums[mid] >= target)
            {
                r = mid;
            }
            else
            {
                l = mid + 1;
            }
            mid = (l + r) / 2;
        }
        if (nums[l] == target) ans.push_back(l);
        else ans.push_back(-1);
        //结束位置
        l = 0;
        r = nums.size() - 1;
        mid = (l + r+ 1) / 2;
        while (l < r)
        {
            if (nums[mid] <= target)
            {
                l = mid;
            }
            else
            {
                r = mid - 1;
            }
            mid = (r + l+ 1) / 2;
        }
        if (nums[r] == target) ans.push_back(r);
        else ans.push_back(-1);
        return ans;
    }
};

结语

本期的二分查找到此结束,希望对各位有所帮助

我是Tom-猫

如果觉得有帮助的话,记得

一键三连哦ヾ(≧▽≦*)o。

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