【算法】二分查找算法——leetcode二分查找、搜索插入位置

文章目录

  • 二分查找
    • [704. 二分查找](#704. 二分查找)
    • [35. 搜索插入位置](#35. 搜索插入位置)

二分查找

  二分查找算法是一种在有序数组中查找特定元素的搜索算法。算法的工作原理是,通过比较数组中间元素和目标值,如果目标值等于中间元素,那么查找结束。如果目标值小于或大于中间元素,则在数组的前半部分或后半部分进行查找。此过程将一直持续到找到目标值,或者搜索范围为空。

  需要注意的是,二分查找算法只适用于已排序的数组。如果给定的数组是无序的,那么在进行二分查找之前,需要先对数组进行排序。

  以下是一个朴素二分查找算法的步骤:

**  (1)选择数组的中间元素。**

**  (2)如果中间元素正好是要查找的元素,则搜索过程结束。**

**  (3)如果要查找的元素大于中间元素,则在数组的后半部分进行搜索。**

**  (4)如果要查找的元素小于中间元素,则在数组的前半部分进行搜索。**

             

704. 二分查找

二分查找

(1)二分查找

**  算法思路:(当 right = nums.size()-1 时)**

  我们定义 left , right 指针,分别指向数组的左右区间。之后找到待查找区间的中间点 middle ,找到之后分三种情况讨论:

(1)numsmiddle == target 说明正好找到,返回 mid 的值;

(2)numsmiddle > target 说明 middle, right 这段区间都是大于 target 的, 因此舍去右边区间,在左边 left, middle -1 的区间继续查找,即让 right = middle - 1 ,然后重复 2 过程;

(3)numsmiddle < target 说明 left, middle 这段区间的值都是小于 target 的, 因此舍去左边区间,在右边 middle + 1, right 区间继续查找,即让 left = middle + 1 ,然后重复 2 过程;

  当 left 与 right 错开时,说明整个区间都没有这个数,返回 -1。

             

**  算法实现过程:(当 right = nums.size()-1 时)**

**  首先,它初始化两个指针,'left'和'right',分别指向数组的开始和结束。** 然后,它进入一个循环,在循环中,它找到数组中间的元素('middle'),并根据这个中间元素和目标值的比较结果来更新搜索范围。

**  如果中间元素等于目标值,那么函数就返回中间元素的索引。**

**  如果中间元素大于目标值,那么目标值必然在数组的左半部分,** 所以它将'right'指针移动到'middle - 1',缩小搜索范围为左半部分。

**  否则,目标值必然在数组的右半部分,** 所以它将'left'指针移动到'middle + 1',缩小搜索范围为右半部分。

  如果在数组中没有找到目标值,那么函数返回-1。


cpp 复制代码
class Solution {
public:
    int search(vector<int>& nums, int target) {
        int left=0,right=nums.size()-1;
        while(left<=right)//[left right]
        {
            int middle=(right+left)/2;
            if(nums[middle]==target)
            return middle;

            else if(nums[middle]>target)//[left target middle   ...  right]
            right=middle-1;             //[left target right]

            else                        //[left  ...   middle target right]
            left=middle+1;              //[left target right]
        }
        return -1;
    }
};

             

当然right也可以等于nums.size()

  和上面的代码实现基本类似,只是有些条件需要改变。

cpp 复制代码
class Solution {
public:
    int search(vector<int>& nums, int target) {
        int left=0,right=nums.size();
        while(left<right)//[left right)
        {
            int middle=(right+left)/2;
            if(nums[middle]==target)
            return middle;

            else if(nums[middle]>target)//[left target middle   ...  right)
            right=middle;               //[left target right)

            else                        //[left  ...   middle target right)
            left=middle+1;              //[left target right)
        }
        return -1;
    }
};

时间复杂度:O(logn)

             

35. 搜索插入位置

搜索插入位置

             

(1)二分查找

**  算法思路:**

  (1)设插入位置的坐标为 index , 根据插入位置的特点可以知道:
**  left, index - 1 内的所有元素均是小于 target 的;**
**  index, right 内的所有元素均是大于等于 target 的。**

  (2)设 left 为本轮查询的左边界, right 为本轮查询的右边界。 根据 mid 位置元素的信息,分析下⼀轮查询的区间:

  当 numsmid >= target 时,说明 mid 落在了 index, right 区间上, mid 左边包括 mid 本身,可能是最终结果,所以我们接下来查找的区间在 left, mid 上。因此,更新 right 到 mid 位置 ,继续查找。

  当 numsmid < target 时,说明 mid 落在了 left, index - 1 区间上, mid 右边但不包括 mid 本⾝,可能是最终结果,所以我们接下来查找的区间在 mid +1, right 上。因此,更新 left 到 mid + 1 的位置,继续查找。

  (3)直到我们的查找区间的长度变为 1 ,也就是 left == right 的时候, left 或者right 所在的位置就是我们要找的结果。

             

**  算法实现:**

**  (1)初始化两个指针,left和right,分别指向数组的开始和结束。**

**  (2)进入一个while循环,只要left小于right,循环就会继续。** 在循环中,首先找到数组中间的元素(mid)。

  (3)如果中间元素小于目标值,那么目标值必然在数组的右半部分,所以将left移动到mid+1,缩小搜索范围为右半部分。

  (4)否则,目标值必然在数组的左半部分或者就是中间元素本身,所以将right移动到mid,缩小搜索范围为左半部分或者就是中间元素。

  (5)当循环结束时,right指向的元素可能是目标值,也可能不是。如果这个元素小于目标值,说明目标值应该插入到数组的右侧,所以返回right+1;否则,返回right。

cpp 复制代码
class Solution {
public:
    int searchInsert(vector<int>& nums, int target) {
        int left=0,right=nums.size()-1;
        while(left<right)
        {
            int mid=(left+right)/2;
            if(nums[mid]<target)
            left=mid+1;

            else
            right=mid;
        }
        if(nums[right]<target)//判断target是否大于nums中的最大值
        return right+1;

        return right;
    }
};

时间复杂度:O(logn)

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