含有重复元素的二分查找算法

最新推荐文章于 2023-06-09 16:23:04 发布

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#rust #二分查找 #binary #search #重复

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本文介绍了一种改进的二分查找算法，该算法能够有效处理包含重复元素的数组，并始终返回目标值的第一个出现位置。通过与Rust标准库中二分查找函数的比较，展示了其实现细节与性能表现。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

1 实现

rust已经有binary_search了，但不能很好的处理有重复元素的查找。
下面这个是我按照网上查找到的原理自己实现的，这个处理重复元素比较好，如果key有重复，那么查找到的总是最小的那个index

fn main() {
    let s = [0, 0,0,0,0,1,1,1, 1, 1, 1, 2,2,3, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55];

    let seek = 1;
    let mut left = 0;
    let mut right = s.len()-1;
    let mut mid;
    while left < right {
        mid = (left + right) >> 1;
        assert!(mid < right);
        if s[mid] < seek {
            left = mid + 1;
        }else{
            right = mid;
        }
    }

    //自己实现的二分查找的结果
    println!("search value:{}\nleft:{},right:{}\nfind:\n  idx:{},value:{}",seek,left,right,left,s[left]);

    //调用rust实现的二分查找
    println!("{:?}",s.binary_search(&1));
}

Play地址：https://is.gd/1PJo67
运行结果：

search value:1
left:5,right:5
find:
  idx:5,value:1
Ok(10)

自己实现的二分查找找到了第一个”1”的位置了，而rust自带的binary_search找到的并不一定是第一个”1”

2 简单的性能测试

做了个简单的bench，可以看到我的这个实现与库实现的差别很小，估计库也没有做优化了，先贴结果：

test bench_binary_search … bench: 42 ns/iter (+/- 9)
test bench_binary_search_lib … bench: 41 ns/iter (+/- 11)

这几个全局变量控制测试长度的

static test_len:usize = 1000;
static test_linear_key:u32 = 500;
static test_binary_key:u32 = 200;

注：因为rust自带的binary_search不能很好的处理key重复的情况，所以就用不重复的数组进行测试

2.1 自己实现的算法：

#[bench]
fn bench_binary_search(b: &mut Bencher) {
    let mut v:Vec<u32> = Vec::with_capacity(test_len);
    for i in (0..test_len) {
        v.push(i as u32);
    }

    b.iter(|| {
        let mut left = 0;
        let mut right = test_len-1;
        let mut mid = 0;
        while left < right {
            mid = (left + right) >> 1;
            assert!(mid < right);
            if v[mid] < test_binary_key {
                left = mid + 1;
            }else{
                right = mid;
            }
        }
        assert!((left == right) && (v[left] == test_binary_key));
    });
}

2.2 使用库自带的二分查找：

#[bench]
fn bench_binary_search_lib(b: &mut Bencher) {
    let mut v:Vec<u32> = Vec::with_capacity(test_len);
    for i in (0..test_len) {
        v.push(i as u32);
    }

    b.iter(|| {
        if let Ok(idx) = v.binary_search(&test_binary_key) {
            assert!(v[idx] == test_binary_key);
        }else{
            assert!(false);
        }
    });
}