二分查找的实现

今天给小伙伴们分享的是如何用C语言实现二分查找~

首先给大家介绍一下什么是二分查找：

二分查找算法是一种在有序数组中查找特定元素的高效搜索方法。其基本思想是将目标值与数组的中间元素进行比较，根据比较结果缩小搜索范围，然后继续在新的范围内进行搜索，直到找到目标值或搜索范围为空为止。

以下是二分查找算法的一般步骤：

1. 初始化：设置两个指针，一个指向数组的起始位置（通常称为left），另一个指向数组的结束位置（称为right）。
2. 比较：计算中间位置mid（通常是left和right之间的位置），并将数组中间位置的元素与目标值进行比较。
3. 更新搜索范围：
   • 如果目标值等于中间元素，搜索成功，返回中间位置的索引。
   • 如果目标值小于中间元素，更新right为mid - 1，因为在数组是有序的情况下，目标值必须在左侧子数组中。
   • 如果目标值大于中间元素，更新left为mid + 1，因为在数组是有序的情况下，目标值必须在右侧子数组中。
4. 重复：继续步骤2和3，直到left大于right，此时表示搜索失败，目标值不在数组中。

下面呢，将使用函数以及分支循环语句这两种不同的方法进行实现二分查找~

一.使用函数的形式。

咱们先看代码吧~

 //二分查找函数
int binarySearch(int arr[], int size, int want) 
{
    int left = 0, right = size - 1;
    while (left <= right)
    {
        int mid = left + (right - left) / 2; // 避免溢出
        if (arr[mid] == want) 
        {
            return mid; // 找到目标，返回索引
        }
        else if (arr[mid] <want) 
        {
            left = mid + 1; // 在右半边继续查找
        }
        else 
        {
            right = mid - 1; // 在左半边继续查找
        }
    }
    return -1; // 未找到目标，返回-1
}

int main() {
    int arr[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 };
    int size  = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); // 计算数组长度
    int want = 0;

    printf("请输入你想查找的数: ");
    scanf("%d", &want);

    // 调用二分查找函数
    int result = binarySearch(arr, size, want);

    // 根据返回结果输出相应信息
    if (result != -1) {
           printf("要查找的数 %d 的下标为 %d \n", want, result);

    }
    else {
        printf("未找到，请重新输入! \n");
    }

    return 0;
}

以查找 1~8 中的数为例，

首先咱们定义了一个 binarySearch 函数，它接受三个参数：数组 arr、数组的长度 size和要查找的目标值want。函数使用循环和二分查找的逻辑来查找目标值，并返回目标值在数组中的索引。如果目标值不存在于数组中，函数返回 -1。

在 main 函数中，定义了一个有序数组 arr 和数组的长度 size。程序提示用户输入一个要查找的数，然后调用 binarySearch 函数进行查找。根据 binarySearch 函数的返回值，程序打印出目标数的下标或者“未不到，请重新输入！”。

二.直接使用分支循环语句实现

咱们同样先看代码~

//二分查找
#include <stdio.h>

int main() {
    int arr[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 };
    int size = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);//计算数组长度
    int left = 0;
    int right = size - 1;
    int want = 0;
    int found = 0; // 初始化为0，表示未找到

    printf("请输入你想查找的值: \n");
    scanf("%d", &want);

    while (left <= right)
    {
        int mid = left + (right - left) / 2; // 避免溢出
        if (want > arr[mid])
        {
            left = mid + 1;//改变left的值，实现折半
        }
        else if (want < arr[mid]) 
        {
            right = mid - 1;//改变right的值，实现折半
        }
        else
        {
            printf("要查找的数 %d 的下标为 %d \n", want, mid);
            found = 1;
            break; // 找到目标值，退出循环
        }
    }

    if (!found) // 检查是否未找到目标值
    { 
        printf("未找到，请重新输入! \n");
    }

    return 0;
}

在这个示例中，咱们首先定义了一个有序数组 arr 和它的长度大小 size。然后，我们提示用户输入一个目标值 want。使用 while 循环实现二分查找逻辑，循环继续直到搜索范围无效（即 left 大于 right）。在循环内部，我们计算中间索引 mid 并比较中间值与目标值。根据比较结果，我们更新搜索范围的左边界或右边界。如果找到目标值，我们将其索引存储在 mid中，打印mid并退出循环。如果没找到，根据found 的值利用if 语句，打印出未找到的结果。

这两种方法基本思路是差不多的，都是利用while循环实现二分查找的逻辑，但函数因为其可以重复使用，所以可能效率更高一些，大家可以根据自己需求，进行选择~

最后呢，给大家分享一下关于编写二分查找代码的一些小提醒~

1.需要注意二分查找的应用范围，它只适用与有序的数组里面，所以在使用它时，要先看清楚问题。

2.二分查找重要的是理解它的逻辑，明白它是怎样通过折半的方式提高代码效率，只有逻辑思路清晰，写代码时才能得心应手，所以，先别着急动手，把逻辑思路捋顺才是关键。

3.因为在编写过程中，使用了挺多分支语句，所以呢，需要养成良好的代码编写习惯，不然容易因为一点小细节而出错，好的代码风格也能使你的代码更容易让人读懂，让自己在检查时，也更能及时发现问题。

好啦，今天的分享就到这了，祝小伙伴们早日成为技术大牛~