二分算法(c++版)

二分的本质是什么?

很多人会认为单调性是二分的本质,但其实其本质并非单调性,只是说,有单调性的可以进行二分,但是有些题目没有单调性我们也可以进行二分。其本质其实是一个边界问题,给定一个条件,在我们的区间中,有一部分满足这个条件,有一部分不满足这个条件,要求满足和不满足的边界值,这个时候我们便可以使用二分来解决这个问题。

整数二分:

基本步骤:

1.先找到中间值mid

2.先判断mid是否满足性质(check(mid))

3.若满足则缩小区间到[mid,r],l=mid,不满足则反之

4.更新边界

区间前半部分边界点(借用一下y总的画的图,也就是红色区间的边界点)

二分步骤:

1.先找到中间值mid=(l+r+1)/2

2.先判断mid是否满足红色区间的性质(check(mid))

3.若满足则缩小区间到[mid,r],若不满足则[l,mid-1](r=mid-1)

为什么要+1?

讲讲这里mid为什么要额外+1,因为 当l=r-1的时候,因为除以二向下取整mid的值为l,如果check(mid)成功返回true则mid的值还是l并不会发生改变会造成死循环,所以我们在后面+1,遇到这种情况发生时,mid就变成了r,避免了死循环的发生

模板如下:

cpp 复制代码
int bsearch_1(int l,int r){
		while(l<r){
		int mid=l+r+1>>1;
		if(check(mid)) l=mid;
		else r=mid-1;
	}
	return 1;
}

区间后半部分边界点(也就是上图的绿色边界点)

二分步骤:

1.先找到中间值mid=(l+r)/2

2.先判断mid是否满足绿色区间的性质(check(mid))

3.若满足则缩小区间到[l,mid],若不满足则[mid+1,r](l=mid+1)

模板如下:

cpp 复制代码
int bserch_2(int l,int r){
	while(l<r){
		int mid=l+r>>1;
		if(check(mid)) r=mid;
		else l=mid+1;
	}
	return 1;
}

这里以一个例题来解释一下用法:

例题:

给定一个按照升序排列的长度为 n 的整数数组,以及 q个查询。

对于每个查询,返回一个元素 k 的起始位置和终止位置(位置从 0 开始计数)。

如果数组中不存在该元素,则返回 -1

输入格式

第一行包含整数 n 和 q,表示数组长度和询问个数。

第二行包含 n个整数(均在 1∼10000 范围内),表示完整数组。

接下来 q行,每行包含一个整数 k,表示一个询问元素。

输出格式

共 q行,每行包含两个整数,表示所求元素的起始位置和终止位置。

如果数组中不存在该元素,则返回 -1

数据范围

1≤n≤100000

1≤q≤10000

1≤k≤10000

输入样例:
6 3
1 2 2 3 3 4
3
4
5
输出样例:
3 4
5 5
-1 -1
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