704. 二分查找

读题思路

首先,题目中明确说明输入的数组为 有序的(升序)整型数组、并且无重复元素,所以如题所示,那自然就是用二分查找法来查找咯。

解题思路

二分法:

  1. 找到中间值,中值下标为mid(初始值就是总数/2),查找的总下标为flag(初始值为总数)
  2. 将要查找的值(目标值)与中间值进行比较;根据大小的结果,调整mid值和总下标,还有将下标左移或右移(+1 or -1)
  3. 重复步骤1,2;直至找到目标值 或 中值mid与总下标发生矛盾。

出现的问题

情况一(JS):

var search = function(nums, target) {
    let flagR = nums.length, flagL = 0
    let mid = Math.round((flagR-flagL) / 2) //考虑到奇数除以2会是小数,所以要取整

    while(mid > flagL & mid < flagR){//能够继续下去的条件是mid在flag间
        if(nums[mid] == target){ //中值就是目标值 那就皆大欢喜 直接输出
            return mid
        }
        else if(nums[mid] < target){ //因为是升序,所以这里意味着目标值在中值右边,所以flag调整为右端;若为降序则相反
            flagL = mid
            mid = Math.round((flagR-flagL) / 2)
        }
        else if(nums[mid] > target){ //同理,flag调整为左端
            flagR = mid
            mid = Math.round((flagR-flagL) / 2)
        }
        else{
            return -1
        }
        //console.log(mid)
    }
};

问题:
mid值的下标并没有如期改变。
以nums = [-1,0,3,5,9,12],target = 9为例
第一次迭代(初始化):

flagL=0, flagR=6
此时mid=3,nums[3]=5, < target 9,所以符合条件2(第一个else if)

第二次迭代:

flagL=3, flagR=6
\color{red}{此时mid=2,nums[2] = 3 【问题在这!】}

原因:
在多次迭代时,mid值没有正确改变。
解决方法:

在flag移到右端的情况下,mid的下标需要+=;而左端不需要
mid = Math.round((flagR-flagL) / 2)
改为
mid +=  Math.round((flagR-flagL) / 2) 

在修改过程中发现flag值初始化也有问题,
应改为flagR = nums.length-1,因为是下标的范围嘛。
还有return -1的位置也不恰当。

情况二(JS):

修改后的代码提交部分成功

var search = function(nums, target) {
    let flagR = nums.length-1, flagL = 0
    let mid = Math.round((flagR-flagL) / 2) //考虑到奇数除以2会是小数,所以要取整

    while(mid > flagL & mid < flagR){ //能够继续下去的条件是mid在flag间
        if(nums[mid] == target){ //中值就是目标值 那就皆大欢喜 直接输出
            return mid
        }
        else if(nums[mid] < target){ //因为是升序,所以这里意味着目标值在中值右边,所以flag调整为右端;若为降序则相反
            flagL = mid
            mid += Math.round((flagR-flagL) / 2)
        }
        else if(nums[mid] > target){ //同理,flag调整为左端
            flagR = mid
            mid = Math.round((flagR-flagL) / 2)
        }      
        console.log(mid)
    }
    return -1
};

问题:

报错

原因:
极端情况没考虑。
考虑极端情况:

  1. 如报错图所示,数组长度为1
  2. target在首或尾。所以就是考虑循环边界的问题。

解决方法:
首先,对于数组长度为1的情况,主要是flagL和flagR需要移位,flagL = mid+1flagR = mid-1,还有while循环条件改为mid >= flagL & mid <= flagR

接下来,仍旧报错,是target在首或尾的极端情况。如:nums=[-1,0,5], target=5
经过分析,问题出在
flagL=2,flagR=2, mid = 1+Math.round(0.5)时,这个mid其实就不准了。所以要改变mid计算方式。
\color{green}{经过思考+查阅,mid的计算改为}

mid = Math.round((flagR+flagL) / 2)

经过优化后,JS的解法为

var search = function(nums, target) {
    let flagR = nums.length-1, flagL = 0
    // let mid = Math.round((flagR+flagL) / 2) //考虑到奇数除以2会是小数,所以要取整

    while(flagL <= flagR){ //能够继续下去的条件是mid在flag间,也就是flagL要小于flagR
        mid = Math.round((flagR+flagL) / 2)
        if(nums[mid] == target){ //中值就是目标值 那就皆大欢喜 直接输出
            return mid
        }
        else if(nums[mid] < target){ //因为是升序,所以这里意味着目标值在中值右边,所以flag调整为右端;若为降序则相反
            flagL = mid+1
        }
        else if(nums[mid] > target){ //同理,flag调整为左端
            flagR = mid-1
        }      
    }
    return -1
};

优化后,时间也变短了:


优化前 vs 优化后

Python解法为

class Solution(object):
    def search(self, nums, target):
        """
        :type nums: List[int]
        :type target: int
        :rtype: int
        """
        flagL = 0
        flagR = len(nums)-1
        while(flagL<=flagR):
            mid = int((flagL+flagR) / 2)
            if(nums[mid] == target):
                return mid
            elif(nums[mid] < target):
                flagL = mid+1
            elif(nums[mid] > target):
                flagR = mid-1
        return -1

发现用Python无论是时间还是内存都比JS少诶。


提交结果对比一览

总结

今天算是完全自己从头到尾刷了一道简单的LeetCode题,感觉很不错。
以前一直以为自己对二分法很懂了,现在才发现是纸上谈兵,写起代码来还是有坑的。
不过这之后应该算是能说对二分法彻底掌握了哈哈哈!

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