写给媳妇儿的算法(一)——二分查找

【引言】早晨一女生背着一堆书出了图书馆,结果警报响了,大妈让女生看看是哪本书把警报弄响了,那女生把书倒出来,准备一本一本的测。大妈见状急了,把书分成两份,第一份过了一下,响了。又把这一份分成两份接着测,三回就找到了,大妈用鄙视的眼神看着女生,仿佛在说O(n)和O(logn)都分不清。

二分查找是一种用于 有序序列 的简单高效的查找元素的方式。

算法过程

二分查找的核心就是在于逐渐逼近(有点夹逼定理的感觉),从有序数组的两边,逐渐的向所要查找的元素周围逼近,最终锁定元素。


从7个数的数组中找到2的过程

二分查找每一次的查找都会减少当前锁定范围的一半,因此时间复杂度为:


二分查找时间复杂度
  • 这样就使得如果我们要在一个含有 100 个数的有序序列中查找一个数,如果我们顺序查找,那么我们最多可能会查找 100 次;如果我们使用二分查找,我们最多需要 7 次就可以找到了。
  • 如果我们要在一个包含 240000 个单词的字典中找到一个单词,如果我们顺序查找,那么我们最多可能会查找 240000 次才能找到;如果我们使用二分查找,我们最多需要 17 次就可以找到了。

算法实现

  • 非递归二分查找
# 非递归二分查找算法
def binary_search(list, item):
    low = 0
    high = len(list) - 1
    search_times = 0

    while low <= high:
        search_times += 1
        mid = (low + high) // 2
        guss = list[mid]
        if guss == item:
            return mid, search_times
        if guss > item:
            high = mid
        else:
            low = mid
    return None
  • 递归二分查找
# 递归二分查找算法
def recursion_binary_search(list, item, low, high, search_times=1):
    mid = (low + high) // 2
    guss = list[mid]
    if low > high:
        return None, search_times
    if guss == item:
        return mid, search_times
    elif guss > item:
        return recursion_binary_search(list, item, low, mid, search_times+1)
    else:
        return recursion_binary_search(list, item, mid, high, search_times+1)
    return None

引言内容来自朋友圈,感谢我雷哥



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