二分查找进阶:如何在有序数组中快速找到Upper Bound?

大家好啊!今天我们来聊一个面试中经常出现的数据结构问题------有序数组中的Upper Bound

什么是Upper Bound?

简单来说,给定一个已排序 的数组和一个目标值target,我们要找到数组中第一个大于 target的元素的索引。如果所有元素都小于等于target,则返回数组的长度(也就是数组末尾的下一个位置)。

举个例子:

  • 数组:[2, 3, 7, 10, 11, 11, 25]
  • target = 9 → 输出 3(因为arr[3] = 10 > 9
  • target = 11 → 输出 6(因为arr[6] = 25 > 11
  • target = 100 → 输出 7(所有元素都小于等于100,返回数组长度)

方法一:线性搜索(O(n))

最直观的方法就是从头到尾遍历,找到第一个大于target的元素。

python 复制代码
def upperBound(arr, target):
    n = len(arr)
    for i in range(n):
        if arr[i] > target:
            return i
    return n

虽然简单,但效率不高,时间复杂度为O(n)。

很多同学学完二分查找基础后,卡在Upper Bound这种边界变化上,光靠看代码很难真正理解指针移动的瞬间。

推荐试试一个叫图码的宝藏网站,它能用交互式动画把60多种算法 跑给你看,甚至支持输入自己的数据或上传C/C++/Java/Python代码来生成可视化,非常适合408考研数据结构期末考试 的复习场景。

现在就去体验下,边看动画边理解Upper Bound的执行过程,比死啃书本快多了。

图码-数据结构与算法交互式可视化平台

访问网站:https://totuma.cn

方法二:二分查找(O(log n))

既然数组是有序的,我们当然可以用二分查找来优化!

思路

  1. 初始化lo = 0hi = n-1res = n(默认返回数组长度)
  2. 计算mid = (lo + hi) // 2
  3. 如果arr[mid] > target,说明mid可能是候选答案,更新res = mid,然后在左半部分继续查找(因为要找第一个大于target的元素)
  4. 如果arr[mid] <= target,说明答案一定在右半部分
python 复制代码
def upperBound(arr, target):
    lo, hi = 0, len(arr) - 1
    res = len(arr)
    
    while lo <= hi:
        mid = lo + (hi - lo) // 2
        
        if arr[mid] > target:
            res = mid
            hi = mid - 1
        else:
            lo = mid + 1
    
    return res

为什么这样是对的?

  • arr[mid] > target时,mid是一个有效上界,但左边可能还有更小的索引满足条件,所以继续在左边找
  • arr[mid] <= target时,mid及其左边都不可能是答案,所以去右边找

方法三:用内置函数(一行搞定)

很多语言都提供了现成的函数:

Python :使用bisect模块

python 复制代码
import bisect

def upperBound(arr, target):
    return bisect.bisect_right(arr, target)

C++ :使用std::upper_bound

cpp 复制代码
#include <algorithm>
int index = upper_bound(arr.begin(), arr.end(), target) - arr.begin();

总结

方法 时间复杂度 空间复杂度
线性搜索 O(n) O(1)
二分查找 O(log n) O(1)
内置函数 O(log n) O(1)

面试小贴士

  • 如果面试官让你实现Upper Bound,记得用二分查找,不要写成线性搜索
  • 注意边界条件:当所有元素都小于等于target时,返回数组长度
  • 这个方法在搜索插入位置区间查找等问题中也非常有用

学会了的小伙伴快去试试吧!有任何问题欢迎评论区留言讨论~

相关推荐
稚南城才子,乌衣巷风流9 分钟前
ST 表(Sparse Table)算法详解:原理、实现与应用
算法
hold?fish:palm15 分钟前
9 找到字符串中所有字母异位词
c++·算法·leetcode
Sw1zzle42 分钟前
算法入门(六):贪心算法 - 基础入门(Leetcode 121/455/860/376/738)
算法·leetcode·贪心算法
青山木1 小时前
Hot 100 --- 岛屿数量
java·数据结构·算法·leetcode·深度优先·广度优先
不会就选b1 小时前
算法日常・每日刷题--<归并排序>1
数据结构·算法
我叫黑大帅1 小时前
我为什么单一消费者的场景下,要用 Redis List 当消息队列?
redis·后端·面试
危桥带雨1 小时前
排序算法(快排、归并、计数、基数排序)
数据结构·算法·排序算法
吃饱了得干活2 小时前
亿级订单表分库分表设计,从0到1全流程
java·数据库·面试
啦啦啦啦啦zzzz2 小时前
算法:回溯算法
c++·算法·leetcode