【愚公系列】2021年11月 C#版 数据结构与算法解析(斐波那契查找)

简介: 【愚公系列】2021年11月 C#版 数据结构与算法解析(斐波那契查找)

斐波那契查找是区间中单峰函数的搜索技术,它在二分查找的基础上根据斐波那契数列进行分割的。在斐波那契数列找一个等于或略大于查找表中元素个数的数F[n],如果原查找表长度不足F[n],则补充重复最后一个元素,直到满足F[n]个元素时为止。完成后进行斐波那契分割,即F[n]个元素分割为前半部分F[n-1]个元素,后半部分F[n-2]个元素,根据值的关系确定往前或往后查找,直到找到时为止。如果一直找不到,则返回-1。


示例:

public class Program {

 

   public static void Main(string[] args) {

       int[] array = { 8, 11, 21, 28, 32, 43, 48, 56, 69, 72, 80, 94 };

       CalculateFibonacci();

 

       Console.WriteLine(FibonacciSearch(array, 80));

 

       Console.ReadKey();

   }

 

   private const int MAXSIZE = 47;

 

   private static int[] _fibonacciArray = new int[MAXSIZE];

 

   private static void CalculateFibonacci() {

       _fibonacciArray[0] = 1;

       _fibonacciArray[1] = 1;

       //计算斐波那契数,使用数组保存中间结防止重复计算,

       //注意MAXSIZE为48时,斐波那契数将会溢出整型范围。

       //1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89...

       for(int i = 2; i < _fibonacciArray.Length; i++)

           _fibonacciArray[i] = _fibonacciArray[i - 1] + _fibonacciArray[i - 2];

   }

 

   private static int FibonacciSearch(int[] array, int key) {

       int length = array.Length;

       int low = 0, high = length - 1, mid, k = 0;

 

       //先查找到距离最近的斐波那契数,本案例为k=6时,值13

       int[] banlance;

       while(length > _fibonacciArray[k])

           k++;

 

       //数组的数量必须为_fibonacciArray[k],所以使用一个中间平衡数组

       if(length < _fibonacciArray[k]) {

           banlance = new int[_fibonacciArray[k]];

           for(int i = 0; i <= length - 1; i++)

               banlance[i] = array[i];

       } else {

           banlance = array;

       }

 

       //平衡数组中的后半部分用前面的最后一个值补全

       for(int i = length; i < _fibonacciArray[k]; i++)

           banlance[i] = banlance[length - 1];

 

       //接下来的过程和二分查找类似

       while(low <= high) {

           mid = low + _fibonacciArray[k - 1] - 1;

           if(banlance[mid] > key) {

               high = mid - 1;

               k--;

           } else if(banlance[mid] < key) {

               low = mid + 1;

               k -= 2;

           } else {

               //防止索引出界

               if(mid <= length - 1)

                   return mid;

               return length - 1;

           }

       }

 

       //查找不到时返回-1

       return -1;

   }

 

}

在最坏的情况下斐波那契查找的时间复杂度为:O(logn) 。

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