二分查找法

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前言

本栏目将记录博主暑假从0开始刷力扣的算法题,每一条题目我都会把知识点抽丝剥茧地进行分析,以便大家更好的理解和学习,话不多说,肝!

|----|----------|------|
| 序号 | 标题 | 力扣序号 |
| 1 | 二分查找 | 704 |
| 2 | 搜索插入位置 | 35 |
| 3 | x的平方根 | 69 |
| 4 | 有效的完全平方数 | 367 |

1.二分查找

给定一个 n 个元素有序的(升序)整型数组 nums 和一个目标值 target ,写一个函数搜索 nums 中的 target,如果目标值存在返回下标,否则返回 -1

解题思路:

在升序数组 nums 中寻找目标值 target,对于特定下标 i,比较 nums[i] 和 target 的大小:

如果 nums[i]=target,则下标 i 即为要寻找的下标;

如果 nums[i]>target,则 target 只可能在下标 i 的左侧;

如果 nums[i]<target,则 target 只可能在下标 i 的右侧。

在二分查找中,使用 int mid = l + (r - l) / 2; 而不是 int mid = (l + r) / 2; 的主要原因是避免整数溢出。

代码(Java)

java 复制代码
class Solution {
    public int search(int[] nums, int target) {
        int left = 0, right = nums.length - 1;
        while(left <= right) {
            int mid = left + (right - left) / 2;
            if(nums[mid] == target) {
                return mid;
            } else if (nums[mid] >= target) {
                right = mid - 1;
            } else {
                left = mid + 1;
            }
        }
        return -1;
    }
}

二分查找法总结:

1.左闭右闭:

right = num.length - 1 假如数组为区间为【1,8】 那么right = 7 left = 0

while(left <= right) while循环里面的条件应该是 <= 因为假如区间是【1,1】 符合区间条件

mid > target 那么right = mid - 1

mid < target 那么left = mid + 1

2.左闭右开

right = num.length -1 假如数组为区间为【1,8】 那么right = 8 left = 0 因为right = 8 取不到

while(left < right) while循环里面的条件应该是 < 因为假如区间是【1,1) 符合区间条件

mid > target 那么 right = mid

mid < target 那么 lef = mid + 1


2.搜索插入位置

题目:

给定一个排序数组和一个目标值,在数组中找到目标值,并返回其索引。如果目标值不存在于数组中,返回它将会被按顺序插入的位置。

请必须使用时间复杂度为 O(log n) 的算法。

示例 1:

复制代码
输入: nums = [1,3,5,6], target = 5
输出: 2

示例 2:

复制代码
输入: nums = [1,3,5,6], target = 2
输出: 1

示例 3:

复制代码
输入: nums = [1,3,5,6], target = 7
输出: 4

代码(Java):

java 复制代码
class Solution {
    public int searchInsert(int[] nums, int target) {
        int left = 0;
        int right = nums.length - 1;
         
        while(left <= right) {
           int mid = left + (right - left) / 2;
            if(nums[mid] == target){
                return mid;
            } else if(nums[mid] > target) {
                right = mid - 1;
            } else {
                left = mid + 1;
            }
        }
        return left;

    }
}

注意: 为什么最后返回left

因为如果上面的没有返回return middle,说明最后一定是,left>right从而跳出循环的,在此之前是left=right,如果最后是right-1导致的left>right,说明原来的right位置是大于target的,所以返回原来的right位置即left位置;如果最后是left+1导致的left>right,说明是原来的的left=right这个位置小于target,而right能移动到这个位置,说明此位置右侧是大于target的,left现在加1就移动到了这样的位置,返回left即可

假设数组 nums = [1, 3, 5, 6],目标值 target = 2

  1. 初始化 left = 0right = 3
  2. 进入循环,计算 mid = (0 + 3) / 2 = 1
  3. nums[mid] = 3,因为 3 > 2,所以更新 right = mid - 1 = 0
  4. 再次进入循环,计算 mid = (0 + 0) / 2 = 0
  5. nums[mid] = 1,因为 1 < 2,所以更新 left = mid + 1 = 1
  6. 此时,left 已经大于 right1 > 0),循环结束。

在循环结束时,left 指向了 2 应该被插入的位置,即在 13 之间,也就是索引 1 的位置。因此,返回 left(即 1)是正确的,它表示如果 target(在这个例子中是 2)被插入到数组中,它应该被放在索引 1 的位置。

假设数组 nums = [1, 3, 5, 7],目标值 target = 4

  1. 初始化 left = 0right = 3
  2. 计算 mid = (0 + 3) / 2 = 1(注意这里可能是整数除法,得到 1)。
  3. nums[mid] = 3,因为 3 < 4,所以更新 left = mid + 1 = 2
  4. 再次计算 mid = (2 + 3) / 2 = 2(或 2,取决于整数除法的行为)。
  5. nums[mid] = 5,因为 5 > 4,所以更新 right = mid - 1 = 1
  6. 此时,leftright 相等,但由于我们的循环条件是 left <= right,所以还会再执行一次循环(尽管这次循环可能不会改变任何东西,因为它会立即发现 nums[mid] 不等于 target,并且 leftright 已经相邻)。
  7. 在某次迭代中(在这个例子中可能不需要,但理论上可能发生),left 会增加,而 right 保持不变或者也减少,直到 left > right

3.x的平方根

题目:

给你一个非负整数 x ,计算并返回 x算术平方根

由于返回类型是整数,结果只保留 整数部分 ,小数部分将被 舍去 。

注意: 不允许使用任何内置指数函数和算符,例如 pow(x, 0.5) 或者 x ** 0.5

代码(Java)

java 复制代码
class Solution {
    public int mySqrt(int x) {
        int l = 0, r = x, ans = -1;
        while(l <= r) {
            int mid = l + (r - 1) / 2;
            if((long) mid * mid  <= x) {
                ans = mid;
                l = mid + 1;
            } else {
                r = mid - 1;
            }
        }
        return  ans;
    }
}

4.有效的完全平方数

题目:

给你一个正整数 num 。如果 num 是一个完全平方数,则返回 true ,否则返回 false

完全平方数 是一个可以写成某个整数的平方的整数。换句话说,它可以写成某个整数和自身的乘积。

不能使用任何内置的库函数,如 sqrt

示例 1:

复制代码
输入:num = 16
输出:true
解释:返回 true ,因为 4 * 4 = 16 且 4 是一个整数。

示例 2:

复制代码
输入:num = 14
输出:false
解释:返回 false ,因为 3.742 * 3.742 = 14 但 3.742 不是一个整数。

代码(Java)

java 复制代码
class Solution {
    public boolean isPerfectSquare(int num) {
        int left = 0, right = num;
        while(left <= right) {
            int mid = left + (right - left) / 2;
            long square = (long) mid * mid;
            if(square < num) {
                left = mid + 1;
            } else if (square > num) {
                right = mid -1;
            } else {
                return true;
            }
        }
        return false;
    }
}

❤️❤️❤️小郑是普通学生水平,如有纰漏,欢迎各位大佬评论批评指正!😄😄😄

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