Count occurrences of a number in a sorted array with duplicates using Binary Search

例如, 数组 A = [1, 2, 3, 4, 4,, 4, 4, 2]

输入x = 4

output: 4, 即4 重复的次数为4次

输入: 7

output: 0, 即出现了0次(没有出现)

方法一: 线性搜索: scan the whole array and count the occurrences of the number.

伪代码为:


上述的代码当然没有用到array 是sorted 这一信息。 利用sorted array 这一个信息, 我们有如下的优化后的代码:


分析: 

worst case: O(n)


方法二: 更好的解决办法: 使用二叉搜索。 因为是sorted array, 很自然的想到二叉搜索。 

我们只需要找到x 第一次出现的位置, 和最后一次出现的位置, 就可以得出结果。 伪代码如下:



算法复杂度: O(logn)

int BinarySearch(int A[], int n, int x) {
    int low = 0, high = n - 1;
    int result = -1;
    while(low <= high) {
        int mid = (low + high) /2;
        if(A[mid] == x) { 
            retult = mid;
            //high = mid -1; // Go on search towards left(lower indice)
            low = mid + 1; //Go on searching towards right(higher indice)
        }
        else if(x < A[mid]) high = mid - 1;
        else low = mid + 1;
    }
    return result;
}


由于FindFirst函数和FindLast 基本上相同的, 可能只有一行代码不同, 所以我们将其合并起来实现, 代码如下:

#include <iostream>

using namespace std;

int BinarySearch(int A[], int n, int x, bool searchFirst) {
    int low = 0, high = n - 1;
    int result = -1;
    while(low <= high) {
        int mid = (low + high) /2;
        if(A[mid] == x) {
            result = mid;
            if(searchFirst) {
                high = mid -1; // Go on search towards left(lower indice)
            }
            else {
                low = mid + 1; //Go on searching towards right(higher indice)
            }
        }
        else if(x < A[mid]) high = mid - 1;
        else low = mid + 1;
    }
    return result;
}

int main() {
    int A[] = {1, 2, 3, 5, 5, 5, 5, 5, 6};
    int x = 0;
    cin >> x;
    int firstIndex = BinarySearch(A, sizeof(A)/sizeof(A[0]), x, true);
    if (firstIndex == -1) {
        cout << "not exist" << endl;
    }
    else {
        int lastIndex = BinarySearch(A, sizeof(A)/sizeof(A[0]), x, false);
        cout << "count: " << lastIndex - firstIndex + 1<< endl;

    }

    return 0;
}

运行结果如下:








 

内容概要:本文详细介绍了如何使用Matlab对地表水源热泵系统进行建模,并采用粒子群算法来优化每小时的制冷量和制热量。首先,文章解释了地表水源热泵的工作原理及其重要性,随后展示了如何设定基本参数并构建热泵机组的基础模型。接着,文章深入探讨了粒子群算法的具体实现步骤,包括参数设置、粒子初始化、适应度评估以及粒子位置和速度的更新规则。为了确保优化的有效性和实用性,文中还讨论了如何处理实际应用中的约束条件,如设备的最大能力和制冷/制热模式之间的互斥关系。此外,作者分享了一些实用技巧,例如引入混合优化方法以加快收敛速度,以及在目标函数中加入额外的惩罚项来减少不必要的模式切换。最终,通过对优化结果的可视化分析,验证了所提出的方法能够显著降低能耗并提高系统的运行效率。 适用人群:从事暖通空调系统设计、优化及相关领域的工程师和技术人员,尤其是那些希望深入了解地表水源热泵系统特性和优化方法的专业人士。 使用场景及目标:适用于需要对地表水源热泵系统进行精确建模和优化的情景,旨在找到既满足建筑负荷需求又能使机组运行在最高效率点的制冷/制热量组合。主要目标是在保证室内舒适度的前提下,最大限度地节约能源并延长设备使用寿命。 其他说明:文中提供的Matlab代码片段可以帮助读者更好地理解和复现整个建模和优化过程。同时,作者强调了在实际工程项目中灵活调整相关参数的重要性,以便获得更好的优化效果。
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