Java查找算法之二分查找
二分查找是一种查询效率非常高的查找算法。又称折半查找。
一、算法思想
有序的序列,每次都是以序列的中间位置的数来与待查找的关键字进行比较,每次缩小一半的查找范围,直到匹配成功。
一个情景:将表中间位置记录的关键字与查找关键字比较,如果两者相等,则查找成功;否则利用中间位置记录将表分成前、后两个子表,如果中间位置记录的关键字大于查找关键字,则进一步查找前一子表,否则进一步查找后一子表。重复以上过程,直到找到满足条件的记录,使查找成功,或直到子表不存在为止,此时查找不成功。
二、举例图示

要查找的数为21。
第一次将头指针和尾指针分别放置头尾,middle放在中间。将21与中间的56进行比较。21<56,应在左边。
第二次将尾指针放在56得到前一位,middle放在中间。将21与中间的19进行比较。21>19,应在右边。
第三次将头指针放在19的后一位,middle放在中间。将21与21比较,符合查找成功!
三、二分查找优缺点及使用条件
优点是比较次数少,查找速度快,平均性能好;
其缺点是要求待查表为有序表,且插入删除困难。
因此,折半查找方法适用于不经常变动而查找频繁的有序列表。
使用条件:查找序列是顺序结构,有序。
四、算法实现
package recursion; /**
* @author zsh
* @company wlgzs
* @create 2019-02-16 10:11
* @Describe 二分查找的两种实现
*/
public class BinarySearch { /**
* 循环实现二分查找
* @param arr 待查找的数组
* @param key 待查找的数
* @return key在数组中的索引位置
*/
static int binary1(int[] arr,int key){
//头指针初始位置
int low = 0;
//尾指针初始位置
int high = arr.length -1;
//定义middle指针位置
int middle = 0;
//头尾交叉 || key大于最大值 || key小于最小值,说明未找到
if (low > high || key > arr[high] || key < arr[low]){
return -1;
} while (low <= high){
//防止数据溢出
middle = (low + high) >>> 1;
if (arr[middle] > key){
//middle所对应的值比key大,key应该在左边区域
high = middle -1;
}else if (arr[middle] < key){
//middle所对应的值比key小,key应该在有边区域
low = middle +1;
}else {
return middle;
} } //最后仍然没有找到,则返回-1
return -1;
} /**
* 递归实现二分查找
* @param arr 待查找的数组
* @param low 头指针所在位置
* @param high 尾指针所在位置
* @param key 待查找的数
* @return key在数组中的索引位置
* 算法分析:
* 找重复:
* 找变化量:
* 找出口:头尾交叉 || key大于最大值 || key小于最小值
*/
static int binary2(int[] arr,int low , int high ,int key){ //头尾交叉 || key大于最大值 || key小于最小值,说明未找到
if (low > high || key > arr[high] || key < arr[low]){
return -1;
}
//定义middle指针位置,防止数据溢出
int middle = (low + high) >>> 1; //middle所对应的值比key大,key应该在左边区域
if (arr[middle] > key){
binary2(arr,low,middle-1,key);
}else if (arr[middle] < key){
//middle所对应的值比key小,key应该在有边区域
binary2(arr,low+1,high,key);
}else {
return middle;
} //最后仍然没有找到,则返回-1
return -1;
} public static void main(String[] args) {
int[] arr = new int[]{5,13,19,21,37,56,64,75,80,88,92};
System.out.println(binary1(arr,21));
System.out.println(binary1(arr,21));
} }
五、时间复杂度和空间复杂度
时间复杂度:
最坏的情况下两种方式时间复杂度一样:O(log2 N)
最好情况下为O(1)
空间复杂度:算法的空间复杂度并不是计算实际占用的空间,而是计算整个算法的辅助空间单元的个数
非递归方式:
由于辅助空间是常数级别的所以:空间复杂度是O(1);
递归方式:
递归的次数和深度都是log2 N,每次所需要的辅助空间都是常数级别的:空间复杂度:O(log2N )
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