力扣34题 双二分查找(简单易懂)

力扣34题 双二分查找(简单易懂)


题目描述

给定一个按照升序排列的整数数组 nums,和一个目标值 target。找出给定目标值在数组中的开始位置和结束位置。

如果数组中不存在目标值 target,返回 [-1, -1]。

进阶:你可以设计并实现时间复杂度为 O ( log ⁡ n ) O(\log n) O(logn) 的算法解决此问题吗?

示例 1:

输入:nums = [5,7,7,8,8,10], target = 8
输出:[3,4]
示例 2:

输入:nums = [5,7,7,8,8,10], target = 6
输出:[-1,-1]
示例 3:

输入:nums = [], target = 0
输出:[-1,-1]


思路

可以用两个二分查找去找出左右边界的值

寻找target在数组里的左右边界,有如下三种情况:

  • 情况一:target 在数组范围的右边或者左边,例如数组{3, 4, 5},target为2或者数组{3, 4, 5},target为6,此时应该返回{-1, -1}
  • 情况二:target 在数组范围中,且数组中不存在target,例如数组{3,6,7},target为5,此时应该返回{-1, -1}
  • 情况三:target 在数组范围中,且数组中存在target,例如数组{3,6,7},target为6,此时应该返回{1, 1}

这三种情况都考虑到,说明就想的很清楚了。

代码

class Solution {
    public int[] searchRange(int[] nums, int target) {
        int rightBorder = getRightBorder(nums,target);
        int leftBorder = getLeftBorder(nums,target);
        if(rightBorder == -2 || leftBorder == -2) return new int[] {-1,-1};
         if (rightBorder - leftBorder > 1) return new int[]{leftBorder + 1, rightBorder - 1};
        return new int[] {-1,-1};
    }
    int getRightBorder(int[] nums,int target){
        int left = 0;
        int right = nums.length - 1;
        int rightBorder = -2;
        while(left <= right){
            int mid = left + (right - left) / 2;
            if(nums[mid] > target){
                right = mid - 1;
            }else{
                left = mid  + 1;
                rightBorder = left;
            }
        }
        return rightBorder;
    }
    int getLeftBorder(int[] nums,int target){
        int left = 0;
        int right = nums.length - 1;
        int leftBorder = -2;
        while(left <= right){
            int mid = left + (right - left) / 2;
            if(nums[mid] < target){
                left = mid + 1;
            }else{
                right = mid - 1;
                leftBorder = right;
            }
        }
        return leftBorder;
    }
}

总结

正如本题解描述,想清楚三种情况之后,先专注于寻找右区间,然后专注于寻找左区间,左右根据左右区间做最后判断

使用 Java 解决力扣二分查找目的通用方法和步骤如下: ### 二分查找的基本思路 二分查找是一种在有序数组中查找特定元素的高效算法。它的基本思想是将数组分成两部分,然后根据中间元素与目标值的大小关系,缩小查找范围,直到找到目标值或确定目标值不存在。 ### 二分查找的代码实现 #### 基本二分查找 ```java public class BinarySearch { public static int search(int[] nums, int target) { int low = 0; int high = nums.length - 1; while (low <= high) { int mid = low + (high - low) / 2; if (nums[mid] == target) { return mid; } else if (nums[mid] < target) { low = mid + 1; } else { high = mid - 1; } } return -1; } } ``` 上述代码是一个基本的二分查找实现,在有序数组中查找目标值。如果找到目标值,返回其索引;否则返回 -1。该代码参考了引用 [1] 中的实现思路。 #### 二维矩阵中的二分查找 ```java class Solution { public boolean searchMatrix(int[][] matrix, int target) { int rows = matrix.length; int cols = matrix[0].length; int left = 0; int right = rows * cols - 1; while (left <= right) { int mid = left + (right - left) / 2; int midVal = matrix[mid / cols][mid % cols]; if (midVal == target) { return true; } else if (midVal < target) { left = mid + 1; } else { right = mid - 1; } } return false; } } ``` 此代码用于在一个每行和每列都递增的二维矩阵中查找目标值。将二维矩阵视为一维数组,在这个一维数组上进行二分查找。该代码参考了引用 [3] 中的实现思路。 ### 使用二分法的前提条件 使用二分法需要满足以下条件: 1. 数组必须是有序的。 2. 数组无重复元素,若有重复元素,则可能有不同的解 [^4]。 ### 注意事项 - 在计算中间位置时,使用 `mid = low + (high - low) / 2` 而不是 `mid = (low + high) / 2`,以避免整数溢出问 [^1][^2]。 - 循环条件通常是 `low <= high`,确保在查找范围只有一个元素时也能正确处理 [^1][^2][^3][^4]。
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