前言
二分查找属于最恶心,细节最多,最容易写出死循环的算法。但是同是也是很简单的算法,因为有模板而且很容易学会。主要应用与数组有序或者无序(有规律)的情况下。
模板主要是朴素二分模板、查找左边界的二分模板、查找右边界的二分模板。
1.二分查找
题目链接:704. 二分查找 - 力扣(LeetCode)

思路图:
这道题,就是一道朴素的二分模板。

代码实现:
cpp
class Solution {
public:
int search(vector<int>& nums, int target) {
int left = 0, right = nums.size()-1;
while(left <= right) {
//int mid = (right + left) / 2;
int mid = left + (right - left + 1) / 2; //防溢出
cout << "left : " << left << " - " << "right : " << right << endl;
if(nums[mid] < target) left = mid + 1;
else if(nums[mid] > target) right = mid - 1;
else return mid;
}
return -1;
}
};
时空分析
时间复杂度时O(logn),底数是2。
空间复杂度为O(1),几个变量即可。
2.在排序数组中查找第一个和最后一个位置
题目链接:34. 在排序数组中查找元素的第一个和最后一个位置 - 力扣(LeetCode)

思路图:

这道题相当于是查找左边界和右边界的结合,情况还是有点复杂,主要细节太多。需要分别分析,很容易写出死循环,建议每种情况先自己推荐一遍。上图解释了为什么需要有两个中点公式,左端点和右端点是不一样的,否则就会死循环。
代码实现:
cpp
class Solution {
public:
vector<int> searchRange(vector<int>& nums, int target) {
int n = nums.size();
if(!n) return {-1,-1};
int left = 0, right = n - 1, mid = 0;
vector<int> ret;
// 查找左端点
while (left < right) { // left == right 就是结果
mid = left + (right - left) / 2;
if(nums[mid] < target) left = mid + 1;
else right = mid;
}
if(nums[left] != target) return {-1,-1};
ret.push_back(left);
//查找右端点
left = 0,right = n - 1;
while(left < right) {
mid = left + (right - left + 1) / 2;
if(nums[mid] > target) right = mid - 1;
else left = mid;
}
ret.push_back(left);
return ret;
}
};
时空分析
时间复杂度是O(logn),两个二分查找。
空间复杂度为O(1),虽然定义了一个vector,但是只会消耗两个整型。
3.x的平方根
题目链接:69. x 的平方根 - 力扣(LeetCode)

思路图:

从1遍历到n,使用二分查找,注意循环条件和mid的取值公式,不是固定的。需具体问题具体分析。只要不会造成死循环即可。像这里,中点公式就只能使用另一个,否则就会死循环。做多了,你就会发现,其实就这点套路。循环条件只能是left > right,当left==right时,就是该值,应该退出。
代码实现:
cpp
class Solution {
public:
int mySqrt(int x) {
if (!x)
return x;
int left = 1,right = x;
while(left < right)
{
//必须+1防止死循环
int mid = left + (right - left + 1) / 2;
// cout << "left : " << left << " - " << "right : " << right << endl;
if((long)mid*mid > x) right = mid - 1;
else left = mid;
}
return left;
}
};
时空分析:
时间复杂度为O(logN),一次二分查找。
空间复杂度为O(1)。
4.搜索插入位置
题目链接: LCR 068. 搜索插入位置 - 力扣(LeetCode)

思路图:

循环条件和中点处理,需要特判一下,别死循环。其他就没什么细节问题了。自己去推演一遍就很清楚了。
代码实现:
cpp
class Solution {
public:
int searchInsert(vector<int>& nums, int target) {
int left = 0, right = nums.size() - 1;
while(left < right) {
int mid = left + (right - left) / 2;
if(nums[mid] < target) left = mid + 1;
else right = mid;
}
if(nums[left] >= target) return left;
else return left + 1;
}
};
时空分析
时间复杂度为O(logN),一次二分查找完成。
空间复杂度为O(1),几个变量即可。
5.山脉数组的峰顶索引
题目链接:852. 山脉数组的峰顶索引 - 力扣(LeetCode)

思路图:

题目说了,一定存在山脉数组,所以,不用讨论不存在的情况。当二分查找完毕,数组应该是一个山顶的形状,山顶就是我们要找的结果,也就是left == right的时候。其次在讨论一下中点公式,基本思路就出来了。
代码实现:
cpp
class Solution {
public:
int peakIndexInMountainArray(vector<int>& arr) {
int left = 0, right = arr.size() - 1;
while(left < right) {
int mid = left + (right - left) / 2;
cout << "left : " << left << " - " << "right : " << right << endl;
if(arr[mid] > arr[mid+1]) right = mid;
else left = mid + 1;
}
return left;
}
};
时空分析
时间复杂度为O(logN),一次二分查找即可。
空间复杂度为O(1)。