Java面试大厂名企高频真题--01基础篇

基础篇要点：算法、数据结构、基础设计模式

 1. 二分查找

**要求**

* 能够用自己语言描述二分查找算法
* 能够手写二分查找代码
* 能够解答一些变化后的考法

**算法描述**

1. 前提：有已排序数组 A（假设已经做好）

2. 定义左边界 L、右边界 R，确定搜索范围，循环执行二分查找（3、4两步）

3. 获取中间索引 M = Floor((L+R) /2)

4. 中间索引的值  A[M] 与待搜索的值 T 进行比较

   ① A[M] == T 表示找到，返回中间索引

   ② A[M] > T，中间值右侧的其它元素都大于 T，无需比较，中间索引左边去找，M - 1 设置为右边界，重新查找

   ③ A[M] < T，中间值左侧的其它元素都小于 T，无需比较，中间索引右边去找， M + 1 设置为左边界，重新查找

5. 当 L > R 时，表示没有找到，应结束循环

> *更形象的描述请参考：binary_search.html*

**算法实现**

public static int binarySearch(int[] a, int t) {
    int l = 0, r = a.length - 1, m;
    while (l <= r) {
        m = (l + r) / 2;
        if (a[m] == t) {
            return m;
        } else if (a[m] > t) {
            r = m - 1;
        } else {
            l = m + 1;
        }
    }
    return -1;
}

**测试代码**

public static void main(String[] args) {
    int[] array = {1, 5, 8, 11, 19, 22, 31, 35, 40, 45, 48, 49, 50};
    int target = 47;
    int idx = binarySearch(array, target);
    System.out.println(idx);
}

**解决整数溢出问题**

当 l 和 r 都较大时，`l + r` 有可能超过整数范围，造成运算错误，解决方法有两种：

int m = l + (r - l) / 2;

还有一种是：

int m = (l + r) >>> 1;

**其它考法**

1. 有一个有序表为 1,5,8,11,19,22,31,35,40,45,48,49,50 当二分查找值为 48 的结点时，查找成功需要比较的次数 

2. 使用二分法在序列 1,4,6,7,15,33,39,50,64,78,75,81,89,96 中查找元素 81 时，需要经过（   ）次比较

3. 在拥有128个元素的数组中二分查找一个数，需要比较的次数最多不超过多少次

对于前两个题目，记得一个简要判断口诀：奇数二分取中间，偶数二分取中间靠左。对于后一道题目，需要知道公式：

$$n = log_2N = log_{10}N/log_{10}2$$

其中 n 为查找次数，N 为元素个数

2. 冒泡排序

**要求**

* 能够用自己语言描述冒泡排序算法
* 能够手写冒泡排序代码
* 了解一些冒泡排序的优化手段

**算法描述**

1. 依次比较数组中相邻两个元素大小，若 a[j] > a[j+1]，则交换两个元素，两两都比较一遍称为一轮冒泡，结果是让最大的元素排至最后
2. 重复以上步骤，直到整个数组有序

> *更形象的描述请参考：bubble_sort.html*

**算法实现**

public static void bubble(int[] a) {
    for (int j = 0; j < a.length - 1; j++) {
        // 一轮冒泡
        boolean swapped = false; // 是否发生了交换
        for (int i = 0; i < a.length - 1 - j; i++) {
            System.out.println("比较次数" + i);
            if (a[i] > a[i + 1]) {
                Utils.swap(a, i, i + 1);
                swapped = true;
            }
        }
        System.out.println("第" + j + "轮冒泡"
                           + Arrays.toString(a));
        if (!swapped) {
            break;
        }
    }
}

* 优化点1：每经过一轮冒泡，内层循环就可以减少一次
* 优化点2：如果某一轮冒泡没有发生交换，则表示所有数据有序，可以结束外层循环

**进一步优化**

public static void bubble_v2(int[] a) {
    int n = a.length - 1;
    while (true) {
        int last = 0; // 表示最后一次交换索引位置
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            System.out.println("比较次数" + i);
            if (a[i] > a[i + 1]) {
                Utils.swap(a, i, i + 1);
                last = i;
            }
        }
        n = last;
        System.out.println("第轮冒泡"
                           + Arrays.toString(a));
        if (n == 0) {
            break;
        }
    }
}

* 每轮冒泡时，最后一次交换索引可以作为下一轮冒泡的比较次数，如果这个值为零，表示整个数组有序，直接退出外层循环即可

3. 选择排序

**要求**

* 能够用自己语言描述选择排序算法
* 能够比较选择排序与冒泡排序
* 理解非稳定排序与稳定排序

**算法描述**

1. 将数组分为两个子集，排序的和未排序的，每一轮从未排序的子集中选出最小的元素，放入排序子集

2. 重复以上步骤，直到整个数组有序

> *更形象的描述请参考：selection_sort.html*

**算法实现**

public static void selection(int[] a) {
    for (int i = 0; i < a.length - 1; i++) {
        // i 代表每轮选择最小元素要交换到的目标索引
        int s = i; // 代表最小元素的索引
        for (int j = s + 1; j < a.length; j++) {
            if (a[s] > a[j]) { // j 元素比 s 元素还要小, 更新 s
                s = j;
            }
        }
        if (s != i) {
            swap(a, s, i);
        }
        System.out.println(Arrays.toString(a));
    }
}

* 优化点：为减少交换次数，每一轮可以先找最小的索引，在每轮最后再交换元素

**与冒泡排序比较**

1. 二者平均时间复杂度都是 $O(n^2)$

2. 选择排序一般要快于冒泡，因为其交换次数少

3. 但如果集合有序度高，冒泡优于选择

4. 冒泡属于稳定排序算法，而选择属于不稳定排序
   * 稳定排序指，按对象中不同字段进行多次排序，不会打乱同值元素的顺序
   * 不稳定排序则反之

**稳定排序与不稳定排序**

System.out.println("=================不稳定=====