二分搜索
对于一个有序序列,我们可以用二分搜索的方式在该序列中搜索某个数值。
以升序序列为例,二分搜索首先确定搜索的范围(即搜索序列的第一个元素的位置 left 和最后一个元素的位置 right),然后计算出中间位置 mid。比如我们要搜索的序列是:2, 7, 11, 19, 23, 31, 33, 39。在初始的状态下,搜索范围是整个序列,那么第一个元素的位置left就是1,最后一个元素的位置right就是8,mid = (left + right)/2 = 4(注意序列的长度是偶数,left+right的和是奇数,这里对结果进行了向下取整)。
接下来,检查中间位置的元素是否是要搜索的值 target(假设我们要搜索的值是31,那么target就等于31),如果不是,则比较中间元素与 target 的大小关系:如果中间位置的元素比target大,因为序列是升序的,所以 target 只可能在中间元素的左侧,也就是位于 left 和 mid - 1之间,此时把 right 更新为 mid - 1,也就是说,下一次我们要搜索的范围的右边界发生了变化。更新right后,再次计算新的mid,重复上面的搜索过程;如果中间位置的元素比 target 小,那么 target 只可能位于 mid + 1 和 r 之间,此时把 l 更新为 mid + 1(这种情况是左边界发生了变化)后,重复上面的搜索过程。
在搜索过程中,一旦发现某一次,搜索范围中间的值等于target,那么就是找到了目标值;或者始终找不到的情况下,当left > right的时候,我们就知道target不在我们搜索的序列中,此时搜索也就结束了。
以在序列(2, 7, 11, 19, 23, 31, 33, 39)中搜索31为例,说明一下二分搜索的流程。
第一轮搜索:left = 1,right = 8(注意在大多数编程语言中,数组下标是从0开始的),mid = (1 + 8) / 2 = 4,序列中第四个元素是19,19小于要搜索的目标值31,因此31只可能在序列的后半段,此时更新左侧边界left,把left赋值为mid + 1,此时left变成了5;
第二轮搜索:left = 5,right = 8,mid = (5 + 8) / 2 = 6,序列中第6个元素是31,此时找到了目标元素,其在序列中的位置是6,搜索结束。
再以要搜索的值是30为例,我们从刚才的第二轮搜索继续。到了上面的第二轮搜索,序列中第6个元素是31,大于30,那么30只可能存在于第5个元素(left的值为5)的右侧、31(第6个元素)的左侧,此时更新right,将其赋值为mid - 1,此时right变成了5。继续进行第三轮搜索。
第三轮搜索:left = 5,right = 5,mid = (5 + 5) / 2 = 5。序列中第5个元素是23,小于30,此时更新left为mid + 1,left的值变为6,继续进行第四轮搜索。
第四轮搜索:在进行搜索前,发现left的值已经大于right,这时可以确定要搜索的值不在序列中,搜索结束。
#include
# include
using namespace std;
int main() {
int n;
cin >> n;
vector nums(n);
for (int i = 0; i < n; i++) {
cin >> nums[i];
}
int V;
cin >> V;
int left = 0, right = n - 1;
int pos = -1;
while (left <= right) {
int mid = (left + right) / 2;
if (nums[mid] == V) {
pos = mid + 1; // 位置从1开始编号,所以加1
break;
} else if (nums[mid] < V) {
left = mid + 1;
} else {
right = mid - 1;
}
}
if (pos != -1) {
cout << pos << endl;
} else {
cout << "Value not found." << endl;
}
return 0;
}
以升序序列为例,二分搜索首先确定搜索的范围(即搜索序列的第一个元素的位置 left 和最后一个元素的位置 right),然后计算出中间位置 mid。比如我们要搜索的序列是:2, 7, 11, 19, 23, 31, 33, 39。在初始的状态下,搜索范围是整个序列,那么第一个元素的位置left就是1,最后一个元素的位置right就是8,mid = (left + right)/2 = 4(注意序列的长度是偶数,left+right的和是奇数,这里对结果进行了向下取整)。
接下来,检查中间位置的元素是否是要搜索的值 target(假设我们要搜索的值是31,那么target就等于31),如果不是,则比较中间元素与 target 的大小关系:如果中间位置的元素比target大,因为序列是升序的,所以 target 只可能在中间元素的左侧,也就是位于 left 和 mid - 1之间,此时把 right 更新为 mid - 1,也就是说,下一次我们要搜索的范围的右边界发生了变化。更新right后,再次计算新的mid,重复上面的搜索过程;如果中间位置的元素比 target 小,那么 target 只可能位于 mid + 1 和 r 之间,此时把 l 更新为 mid + 1(这种情况是左边界发生了变化)后,重复上面的搜索过程。
在搜索过程中,一旦发现某一次,搜索范围中间的值等于target,那么就是找到了目标值;或者始终找不到的情况下,当left > right的时候,我们就知道target不在我们搜索的序列中,此时搜索也就结束了。
以在序列(2, 7, 11, 19, 23, 31, 33, 39)中搜索31为例,说明一下二分搜索的流程。
第一轮搜索:left = 1,right = 8(注意在大多数编程语言中,数组下标是从0开始的),mid = (1 + 8) / 2 = 4,序列中第四个元素是19,19小于要搜索的目标值31,因此31只可能在序列的后半段,此时更新左侧边界left,把left赋值为mid + 1,此时left变成了5;
第二轮搜索:left = 5,right = 8,mid = (5 + 8) / 2 = 6,序列中第6个元素是31,此时找到了目标元素,其在序列中的位置是6,搜索结束。
再以要搜索的值是30为例,我们从刚才的第二轮搜索继续。到了上面的第二轮搜索,序列中第6个元素是31,大于30,那么30只可能存在于第5个元素(left的值为5)的右侧、31(第6个元素)的左侧,此时更新right,将其赋值为mid - 1,此时right变成了5。继续进行第三轮搜索。
第三轮搜索:left = 5,right = 5,mid = (5 + 5) / 2 = 5。序列中第5个元素是23,小于30,此时更新left为mid + 1,left的值变为6,继续进行第四轮搜索。
第四轮搜索:在进行搜索前,发现left的值已经大于right,这时可以确定要搜索的值不在序列中,搜索结束。
#include
# include
using namespace std;
int main() {
int n;
cin >> n;
vector nums(n);
for (int i = 0; i < n; i++) {
cin >> nums[i];
}
int V;
cin >> V;
int left = 0, right = n - 1;
int pos = -1;
while (left <= right) {
int mid = (left + right) / 2;
if (nums[mid] == V) {
pos = mid + 1; // 位置从1开始编号,所以加1
break;
} else if (nums[mid] < V) {
left = mid + 1;
} else {
right = mid - 1;
}
}
if (pos != -1) {
cout << pos << endl;
} else {
cout << "Value not found." << endl;
}
return 0;
}
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