二分法查找

二分法适合数据量很大的数据的查找,该算法要求:该组数据是有序的。

主要思想是:(设查找的数组区间为array[low,high])
(1)确定该期间的中间位置K
(2)将查找的值T与array[k]比较。若相等,查找成功返回此位置;否则确定新的查找区域,继续二分查找。其算法的时间复杂度为log(n).

刚写二分法时,考虑片刻,写下如下代码(注意:有bug):

int bisection(int *p,int size,int n)
{
    int i,j,k;
    i=0;
    j=size-1;
    k=(i+j)/2;
    while(i<j)  
    {
        if(p[k]>n)
        {
            j=k;
            k=(i+j)/2;
        }
        else if(p[k]<n)
        {
            i=k;
            k=(i+j)/2;
        }
        else
            return k;
    }
    return -1;
}

测试用例

int main()
{
    int a[10]={1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
    int b = bisection(a,10,5);
    printf("%d",b);
}

测试结果,似乎一切正常,但是,但测试到数组的最后一个元素时,程序进入死循环,断点调试查看,发现当程序运行到i=8,j=9时,k=(i+j)/2一直为8,导致死循环。是一个典型的边界条件未满足导致的bug。

如下修改代码:

int bisection(int *p,int size,int n)
{
    int i,j,k;
    i=0;
    j=size-1;
    k=(i+j)/2;
    while(i<j) 
    {
        if(p[k]>n)
        {
            j=k-1;     //修改这里
            k=(i+j)/2;
        }
        else if(p[k]<n)
        {
            i=k+1;     //修改这里
            k=(i+j)/2;
        }
        else
            return k;
    }
    return -1;
}
### 二分法查找算法的实现方式 #### Python 实现 以下是基于 Python 的二分法查找算法实现: ```python def binary_search(arr, target): low = 0 high = len(arr) - 1 while low <= high: mid = (low + high) // 2 if arr[mid] == target: return mid # 返回目标值索引位置 elif arr[mid] < target: low = mid + 1 else: high = mid - 1 return -1 # 如果未找到返回-1表示不存在此元素 ``` 上述代码展示了标准的二分法查找逻辑,其中 `arr` 是已排序的数组,而 `target` 则是我们要寻找的目标值。通过不断调整上下界来缩小范围直到定位目标值的位置[^4]。 #### Java 实现 下面是一个典型的 Java 版本的二分法查找函数: ```java public class BinarySearch { public static int search(int[] array, int key){ int lo=0; int hi=array.length-1; while(lo<=hi){ int mid=(lo+hi)/2; if(key<array[mid]){ hi=mid-1; } else if(key>array[mid]){ lo=mid+1; } else{ return mid;//找到了关键字所在的下标并返回 } } return -(lo+1); //如果没找到则按照约定返回负数形式的结果 } } ``` 这段代码同样遵循基本的二分搜索原则,在每次迭代过程中更新中间点,并依据比较结果改变搜索区间直至发现所需项或者确认其不在列表之中[^2]。 #### C语言实现 对于C语言而言,可以这样编写二分查找功能: ```c #include<stdio.h> int binarysearch(int a[], int n, int value); int main(){ int i,x,pos; int data[]={1,3,5,7,9}; printf("Enter the number to be searched:"); scanf("%d",&x); pos=binarysearch(data,sizeof(data)/sizeof(data[0]),x); if(pos>=0) printf("\nElement found at index %d",pos); else printf("\nElement not present in array"); return 0;} // Function definition of binary search algorithm. int binarysearch(int a[], int n, int value){ int first,last,middle; first=0; last=n-1; while(first<=last){ middle=(first+last)/2; if(a[middle]==value)return middle; else if(value<a[middle])last=middle-1; else first=middle+1; } return -1;} ``` 这个例子说明了怎样利用循环结构执行有效的数据检索操作,同时也体现了良好的编程实践习惯如输入验证和错误处理等方面的重要性[^3]。
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