[Leetcode] [Tag 二分法] Python 刷题总结

经典的二分法

1. 二分法最经典的写法,其他都是在此基础上的变形。

leetcode 704. Binary Search

Given a sorted (in ascending order) integer array nums of n elements and a target value, write a function to search target in nums. If target exists, then return its index, otherwise return -1.
给定一个有序的数组,如果target存在数组返回target位置,如果不存在返回-1

    def search(self, nums, target):
        low, high = 0,len(nums) - 1
        while low <= high:
            mid = low + (high - low) // 2
            if nums[mid] == target:
                return mid
            elif nums[mid] > target:
                high = mid - 1
            else:
                low = mid + 1
        return -1

需要注意的地方

整数溢出的情况

这个python不用考虑,主要针对其他语言int类型32位。
稳妥的写法是:

mid = low + (high - low) // 2 # 不同地方在于 high + low 可能会溢出的思想

二分法的变种写法

2. 找出第一个与key相等的元素的位置

这里nums[mid] == target不能立马退出,继续依靠二分法找到target为最优解,每次相等则令high = mid。

    def BinarySearch(self, nums, target):
        low, high = 0, len(nums) - 1
        while low < high:  #与经典写法变化的地方
            mid = (low + high) // 2
            if nums[mid] > target:
                high = mid - 1
            elif nums[mid] < target:
                low = mid + 1
            else:
                high = mid
        if nums[low] == target:
            return low
        else:
            return -1

leetcode 34. Find First and Last Position of Element in Sorted Array

找到最左边和最右边的target

    def searchRange(self, nums, target):
        """
        :type nums: List[int]
        :type target: int
        :rtype: List[int]
        """
        if not nums:
            return [-1,-1]
        low = 0 
        high = len(nums) - 1
        while low <= high:
            mid = (low + high) // 1
            if nums[mid] > target:
                high = mid - 1
            elif nums[mid] <= target:
                low = mid + 1
        low1 = 0
        high1 = len(nums) - 1
        while low1 <= high1:
            mid1 = (low1 + high1) // 1
            if nums[mid1] >= target:
                high1 = mid1 - 1
            elif nums[mid1] < target:
                low1 = mid1 + 1
        if nums[high] == target and nums[low1] == target:
            return [low1,high]
        else:
            return [-1,-1]

3. 旋转后的有序数组查找

leetcode 33. Search in Rotated Sorted Array

这一题很有意思,O(n)的算法每个人都可以随手写出来,这种题往往分两个区间进行讨论,其中该题首先是判断target在左半边还是又半边,再判断low、high的变化,白板的时候先在草稿纸上演算清楚后free bug应该就不难了。

    def search(self, nums, target):
        """
        :type nums: List[int]
        :type target: int
        :rtype: int
        """
        low, high = 0, len(nums)-1
        while low <= high:
            mid = (low + high) // 2
            if nums[mid] == target:
                return mid
            if nums[low] <= target:
                if nums[low] <= nums[mid] < target:
                    low = mid + 1
                else:
                    high = mid - 1
            else:
                if target < nums[mid] <= nums[high]:
                    high = mid - 1
                else:
                    low = low + 1
        return -1

leetcode 81. Search in Rotated Sorted Array II

跟leetcode 33差不多,只不过这题可以又重复的数。

    def search(self, nums, target):
        low, high = 0, len(nums) - 1
        while low <= high:
            mid = low + (high - low) // 2
            if nums[mid] == target:
                return True
            while nums[low] == nums[mid] and low < mid:
                low += 1
            if nums[low] <= nums[mid]: #left
                if nums[low] <= target < nums[mid]:
                    high = mid - 1
                else:
                    low = mid + 1
            else: #right
                if nums[mid] < target <= nums[high]:
                    low = mid + 1
                else:
                    high = mid - 1
        return False

leetcode 69. Sqrt(x)

这道题还蛮有意思的,二分法选择的是从1到x,比暴力快很多。

    def mySqrt(self, x):
        """
        :type x: int
        :rtype: int
        """
        if x == 0:
            return 0
        low, high = 1, x
        while low <= high:
            mid = (low + high) // 2
            if mid*mid <= x and (mid+1)*(mid+1) > x:
                return mid
            elif mid*mid > x:
                high = mid - 1
            else:
                low = mid + 1

leetcode 74. Search a 2D Matrix

转换成一维数组,思路非常惊喜。

    def searchMatrix(self, matrix, target):
        """
        :type matrix: List[List[int]]
        :type target: int
        :rtype: bool
        """
        if matrix == [[]] or matrix == []:
            return False
        m, n = len(matrix), len(matrix[0])
        low, high = 0,m * n - 1
        while low <= high:
            mid = (low + high) //2
            if matrix[mid//n][mid%n] == target:
                return True
            elif matrix[mid//n][mid%n] > target:
                high = mid - 1
            else:
                low = mid +1
        return False

参考文献:
  1. 公瑾 Github Binary Search 总结帖 (更新完)
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