查找算法-BinarySearch二分查找

[geosmart]

二分查找算法简介

• 二分查找利用已排好序的数组，每一次查找都可以将查找范围减半。查找范围内只剩一个数据时查找结束。
• 数据量为n 的数组，将其长度减半log2(n) 次后，其中便只剩一个数据了。
• 也就是说， 在二分查找中重复执行将目标数据和数组中间的数据进行比较后将查找范围减半的 操作log2(n)次后，就能找到目标数据（若没找到则可以得出数据不存在的结论），因此它 的时间复杂度为 O(logn)。

二分查找的复杂度

二分查找的时间复杂度为O(logn)，与线性查找的O(n) 相比速度上得到了指数倍提高（x=log2(n)，则 n=2^x）。

二分查找算法的局限性

二分查找必须建立在数据已经排好序的基础上才能使用，因此添加数据时必须加到合适的位置，这就需要额外耗费维护数组的时间。
而使用线性查找时，数组中的数据可以是无序的，因此添加数据时也无须顾虑位置，直接把它加在末尾即可，不需要耗费时间。

具体使用哪种查找方法，可以根据查找和添加两个操作哪个更为频繁来决定。

算法实现

  @Test
    public void test_bsearch() {
        int a[] = new int[]{1, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};

        int[] search = new int[]{0, 1, 2, 7, 11};
        for (int s : search) {
            System.out.println(String.format("begin Rsearch[%s]", s));
            int idx = bsearch_recurse(a, 0, a.length - 1, s);
            System.out.println(String.format("end Rsearch[%s],index[%s]", s, idx));
        }

        for (int s : search) {
            System.out.println(String.format("begin Lsearch[%s]", s));
            int idx = bsearch_while(a, s);
            System.out.println(String.format("end Lsearch[%s],index[%s]", s, idx));
        }
    }

    /***
     * 递归实现二分查找
     * @param a 目标数组
     * @param from 开始索引
     * @param to 结果索引
     * @param tar 查找目标
     * @return 目标索引，查不到返回-1
     */
    public int bsearch_recurse(int[] a, int from, int to, int tar) {
        System.out.println(String.format("search from[%s],to[%s]", from, to));
        if (from > to || tar < a[from] || tar > a[to]) {
            return -1;
        } else if (tar == a[from]) {
            return from;
        } else if (tar == a[to]) {
            return to;
        } else {
            int m = (to + from) / 2;
            if (tar > a[m]) {
                return bsearch_recurse(a, m, to, tar);
            } else if (tar < a[m]) {
                return bsearch_recurse(a, from, m, tar);
            } else {
                return m;
            }
        }
    }


    /***
     *循环实现二分查找
     * @param a 目标数组
     * @param tar 查找目标
     * @return 目标索引，查不到返回-1
     */
    public int bsearch_while(int[] a, int tar) {
        int from = 0;
        int to = a.length - 1;
        if (to < 0 || tar < a[from] || tar > a[to]) {
            return -1;
        } else if (tar == a[from]) {
            return from;
        } else if (tar == a[to]) {
            return to;
        } else {
            int m = 0;
            while (from <= to) {
                m = (to + from) / 2;
                System.out.println(String.format("search from[%s],to[%s]", from, to));
                if (tar < a[m]) {
                    to = m - 1;
                } else if (tar > a[m]) {
                    from = m + 1;
                } else {
                    return m;
                }
            }
        }
        return -1;
    }