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Java實現(xiàn)二分查找BinarySearch算法

 更新時間:2023年12月12日 08:29:07   作者:warybee  
這篇文章主要介紹了Java實現(xiàn)二分查找BinarySearch算法,二分查找針對的是一個有序的數(shù)據(jù)集合,每次都通過跟區(qū)間的中間元素對比,將待查找的區(qū)間縮小為之前的一半,直到找到要查找的元素,或者區(qū)間被縮小為 0,需要的朋友可以參考下

1、實現(xiàn)原理

二分查找針對的是一個有序的數(shù)據(jù)集合,每次都通過跟區(qū)間的中間元素對比,將待查找的區(qū)間縮小為之前的一半,直到找到要查找的元素,或者區(qū)間被縮小為 0。

如下是二分查找算法的查找過程,針對有序數(shù)組 int[] a={9,10,11,12,13,14,15}; ,low和high表示數(shù)組查找的區(qū)間,mid 表示查找區(qū)間的中間元素。

在這里插入圖片描述

2、代碼實現(xiàn)

明白二分查找的原理,代碼很容易明白了。如下代碼java實現(xiàn)

 /**
     * 簡單二分查找
     * @param arr
     * @param value
     * @return
     */
    public static int bSeaarch(int[] arr,int value){
        int low=0;
        int high=arr.length-1;
        while (low<=high){
            int mid=low+((high-low)>>1);
            if (value==arr[mid]){
                return mid;
            }else if (value>arr[mid]){
                low=mid+1;
            }else {
                high=mid-1;
            }
        }
        return -1;
    }

3、二分查找常見的變體

對于上面“值等于給定值”的二分查找在實際中用到的情況不多,二分查找更適合用在“近似”查找問題,在這類問題上,二分查找的優(yōu)勢更加明顯,比如以下幾種變體。

3.1、查找第一個值等于給定值的元素

數(shù)組 int[] a={9,10,12,12,12,13,15}; 中有重復的值,我們希望查找第一個等于 12的數(shù)據(jù),也就是下標是 2 的元素。

 /**
     * 查找第一個值等于給定值的元素
     * @param arr
     * @param value
     * @return
     */
    public static int bSeaarch2(int[] arr,int value){
        int low=0;
        int high=arr.length-1;
        while (low<=high){
            int mid=low+((high-low)>>1);
            //如果給定的值大于區(qū)間中間元素
            if (value>arr[mid]){
                low=mid+1;
            }else if (value<arr[mid]){  //如果給定的值大于區(qū)間中間元素
                high=mid-1;
            }else{  //如果給定的值等于區(qū)間中間元素
                //當前中間元素為第一個或者中間元素的前一個不等于給定值,則當前元素就是要查找第一個值
                if (mid==0||arr[mid-1]!=value){
                    return mid;
                }else {
                    high=mid-1;
                }
            }
        }
        return -1;
    }

3.2、查找最后一個值等于給定元素

數(shù)組 int[] a={9,10,12,12,12,13,15}; 中有重復的值,我們希望查找最后一個等于 12的數(shù)據(jù),也就是下標是 4 的元素。

/**
     * 查找最后一個值等于給定元素
     * @param arr
     * @param value
     * @return
     */
    public static int bseaarch3(int[] arr,int value){
        int low=0;
        int high=arr.length-1;
        while (low<=high){
            int mid=low+((high-low)>>1);
            //如果跟定的值大于區(qū)間數(shù)組中間值,則 low=mid+1
            if (value>arr[mid]){
                low=mid+1;
            }else if (value<arr[mid]){  //如果跟定的值小于區(qū)間數(shù)組中間值,則 high=mid-1
                high=mid-1;
            }else {
                //如果區(qū)間數(shù)組中間值是數(shù)組最后一個元素或者中間值的下一個元素不等于給定值,返回當前mid索引
                if ((mid==arr.length-1)||(arr[mid+1]!=value)) {
                    return mid;
                }else { //繼續(xù)在下一區(qū)間查找
                    low=mid+1;
                }
            }
        }
        return -1;
    }

3.3、查找最后一個大于等于給定值的元素

數(shù)組 int[] a={9,10,12,13,14,15,16}; 中重復的值,我們希望查找最后一個大于等于12元素的索引,也就是下標是6 。

   /**
     * 查找第一個大于等于給定值的元素
      * @param arr
     * @param value
     * @return
     */
    public static int bsearch4(int[] arr,int value){
        int low=0;
        int high=arr.length-1;
        while (low<=high){
            int mid=low+((high-low)>>1);
            //如區(qū)間元素中間值大于等于給定元素
            if (arr[mid]>=value){
                // 如區(qū)間元素是數(shù)組第一個元素或者下一個元素小于給定值,則當前索引滿足條件
                if (mid==0||arr[mid-1]<value){
                    return mid;
                }else { //不滿足上面條件,繼續(xù)循環(huán)
                    high=mid-1;
                }
            }else {
                low=mid+1;
            }
        }
         return -1;
    }

3.4、查找最后一個小于于等于給定值的元素

數(shù)組 int[] a={9,10,12,13,14,15,16}; 中重復的值,我們希望查找最后一個小于等于10元素的索引,也就是下標是0 。

/**
     * 查找最后一個小于于等于給定值的元素  `int[] a={9,10,12,13,14,15,16}
     * @param arr
     * @param value
     * @return
     */
    public static int bsearch6(int[] arr,int value){
        int low=0;
        int high=arr.length-1;
        while (low<=high){
            int mid=low+((high-low)>>1);
            if (arr[mid]>value){
               high=mid-1;
            }else {
                if ((mid==arr.length-1)||(arr[mid+1]>value)) {
                    return mid;
                }else {
                    low=mid+1;
                }
            }
        }
        return -1;
    }

4、二分查找算法的局限性

二分查找算法需要按照下標隨機訪問元素,所以二分查找算法依賴順序表結(jié)構(gòu),比如:數(shù)組。如果查找的數(shù)據(jù)是通過其他數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲的(如:鏈表),則無法應(yīng)用二分查找。

二分查找算法針對數(shù)據(jù)必須是有序的。如果數(shù)據(jù)沒有序,我們需要先排序。

如果要處理的數(shù)據(jù)量很小,完全沒有必要用二分查找,順序遍歷就足夠了。

如果處理的數(shù)據(jù)量特別大,也不適合用二分查找,二分查找的底層需要依賴數(shù)組這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),而數(shù)組為了支持隨機訪問的特性,要求內(nèi)存空間連續(xù),對內(nèi)存的要求比較苛刻。比如,我們有 1GB 大小的數(shù)據(jù),如果希望用數(shù)組來存儲,那就需要 1GB 的連續(xù)內(nèi)存空間。

到此這篇關(guān)于Java實現(xiàn)二分查找BinarySearch算法的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java二分查找算法內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!

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