数据结构与算法之经典算法《二分查找》

简介: 数据结构与算法之经典算法《二分查找》

引入


 这里我给大家一个有序数组,要在这个数组中找到指定的元素。

 例:在下面数组中找到‘7’,并返回其下标。

int arr[] = { 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };

 方法会有很多,我的第一反应的想法如下:

#include<stdio.h>
int main()
{
  int i = 0;
  int arr[] = { 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
  int k = 7;
  for (i = 0; i < 11; i++)
  {
    if (arr[i] == k)
      printf("找到了,下标是%d\n", i);
  }
  if (i == 11)
    printf("没找到");
    return 0;
}



上面代码的思路就是遍历数组,一个一个查找。当然这种方法是肯定可行的。但是,当这个数组有较多数据时,我们就会发先,查找起来效率很低。因为这里是一个有序的数组,这就给了我们很大的发挥空间,因而我们就可以使用二分查找(折半查找),可大大提高效率。


接下来我给大家仔细解释一下二分查找。  

一、二分查找的简单解释


 二分查找也算是一个非常简单的算法了,也是我们必须要掌握的一个算法。那么二分查找是什么呢?二分查找的思路是什么呢?

 二分查找又叫折半查找,是应用在一个有序数组中的一个高效率查找的方法。这里要注意的是,二分查找前提是必须是有序的数组。



二、二分查找的思路解析

1、二分查找的思路描述



 因为是有序的数组,我们就可以直接用数组中间的元素来和你要查找的元素进行比较。如果中间的元素比你要查找的元素大,我们就可以直接舍去数组的后半部分,定位到数组前半部分。同样,如果中间的元素比你要查找的元素小,我们就可以直接舍去数组的前半部分,定位到数组后半部分。在剩下的数据中我们再次重复上面的操作,当中间的元素等于你要查找的元素时,就找到了。我们发现,每次查找都会舍去现有的一半数据,相对遍历数组查找大大提高了效率。


 中间元素的查找方法就是mid=(左元素下标 +右元素下标)/2。如果中间的元素比你要查找的元素大,我们怎么来到前半部分呢?很简单,左素下标不用变,我们只需要将右元素的下标改成中间元素下标减去一即可。如果中间的元素比你要查找的元素小,我们怎么来到半后部分呢?右元素下标不用变,左下标变成中间元素下标加一。


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 那要是查找的元素不存在呢?就上面的图我们来解释一下。假设我们要找的元素是6.5, 当进行到第三步时,我们就会只剩下‘7’这个元素。这时左下标是等于右下标的。但是中间的元素和要查找的元素并不相等,其实这是中间元素还是本身,但还需要再次查找比较,中间的元素比你要查找的元素大,右元素下标要减一。我发现,左元素下标大于了右元素下标,因为是有序的,这就意味着找不到了。


 下面我们结合着代码综合理解一下。

2、二分查找的代码实现

#include<stdio.h>
int main()
{
  int i = 0, k = 0;
  int arr[] = { 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
  int left = 0;
  int right = sizeof(arr) / sizeof(arr[0])-1;
  printf("请输入你要查找的数:>");
  scanf("%d", &k);
  while (left<=right)
  {
    int mid = (left + right) / 2;
    if (arr[mid] > k)
    {
      right = mid - 1;
    }
    else if (arr[mid] < k)
    {
      left = mid + 1;
    }
    else
    {
      printf("找到了,下标是%d", mid);
      break;
    }
  }
  if (left > right)
    printf("没找到");
  return 0;
}



 上面的代码中,要查找的数改成自己输入了。但是二分查找的思路是没变的。

总结

  1. 二分查找应用在有序数组中;
  2. 重点理解二分查找的思路;
  3. 掌握二分查找代码的实现。


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