[算法]二分查找


二分查找

通用解题模板:

区间定义:[l, r) 左闭右开

  • f(m)函数 满足该条件,可直接返回对应位置
  • g(m)函数 满足该条件,可移动右边界
  • 同理,在else中移动左边界
  • 如果没有这个条件的判断就是 lowwer_boundhigher_bound.
def binary_search(l, r):
    while l < r:
        m = l + (r - l) // 2
        if f(m):    # 判断找了没有,optional
            return m
        if g(m):
            r = m   # new range [l, m)
        else:
            l = m + 1 # new range [m+1, r)
    return l    # or not found

lower bound: find index of i, such that A[i] >= x

def lowwer_bound(self, nums, target):
    # find in range [left, right)
    left, right = 0, len(nums)
    while left < right:
        mid = left + (right - left) / 2
        if nums[mid] < target:
            left = mid + 1
        else:
            right = mid
    return left

upper bound: find index of i, such that A[i] > x

def higher_bound(self, nums, target):
    # find in range [left, right)
    left, right = 0, len(nums)
    while left < right:
        mid = left + (right - left) / 2
        if nums[mid] <= target:
            left = mid + 1
        else:
            right = mid
    return left

例题

  1. 题目 69. x 的平方根

几个坑点

  1. 对于输入参数的判断,可以先处理
  2. right 不能随便+1,有可能溢出 int 或者 long的长度
  3. 平方需要用的结果需要转long,防止溢出 int

示例代码java

class Solution {
    public int mySqrt(int x) {
        if (x<2)
            return x;
        int left = 0;
        // x 一定大于 x/2
        int right = x/2+1;

        while (left<right) {
            // 这个是需要注意的点,平放有可能会超出int范围
            int mid = left+(right-left)/2;
            long num = (long)mid * mid;
            if (num==x)
                return mid;
            if (num>x)
                right=mid;
            else
                left=mid+1;
        }

        return left-1;
    }
}
  1. 题目34. 在排序数组中查找元素的第一个和最后一个位置

解题思路

  • 对于有边界的题,需要考虑左边界和有边界

对于 letf right +-1 的说明 可参考

二分查找细节详解,顺便赋诗一首

示例代码

class Solution {
    public int[] searchRange(int[] nums, int target) {
        int len = nums.length;
        int[] res = new int[]{-1,-1};
        int left =0;
        int right = len;
        // 先找左边界
        while (left<right){
            int mid = left+(right-left)/2;
            if (nums[mid] == target)
                res[0] = mid;
            if (nums[mid]>=target) {
                right = mid;

            }
            else
                left = mid+1;
        }

        // 先找右边界
        right = len;
        while (left<right){
            int mid = left+(right-left)/2;
            if (nums[mid] == target)
                res[1] = mid;
            if (nums[mid]<=target) {
                left = mid+1;
            }
            else
                right = mid;
        }
        return res;
    }
}

参考视频

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