leetcode 34. 在排序数组中查找元素的第一个和最后一个位置:二分查找

对于二分查找,我们经常头疼于它的边界值问题,是要【左闭右开】(即[left, right) )进行搜索?还是【左闭右闭】(即[left,right] )进行搜索?对于【左闭右开】的写法,在左右收敛时我们时常要考虑向左半段搜索时mid是否要-1后再赋给right,或向右半段搜索时mid是否要+1后再赋值给left的问题,想着想着开始怀疑人生。。。

相对于【左闭右开】,【左闭右闭】的写法就比较统一,不过往左还是右,mid都需要做一次+1或-1的操作,比较方便记忆,当然如果你写熟了并且理解了两种写法,right的开闭完全取决你的心情。。这里提供一个标准的【左闭右闭】的二分查找模板,认准了这个模板,后面我们均按这个模板来作答。

    /**
     * 标准二分的模板
     *
     * @param nums
     * @param target
     * @return
     */
    private int search_template(int[] nums, int target) {
        // 左闭右闭
        int left = 0, right = nums.length - 1;
        // 终止条件为left=right+1
        while (left <= right) {
            // 如果写成(left+right)>>1,可能溢出
            int mid = left + ((right - left) >> 1);
            if (nums[mid] == target) {
                return mid;
            } else if (nums[mid] < target) {
                left = mid + 1;
            } else if (nums[mid] > target) {
                right = mid - 1;
            }
        }
        return -1;
    }

如果模板上面的模板看明白了,那么这道题就不难解答,我们分别定义一个寻找左边界的方法leftBound和一个寻找右边界的方法rightBound:

相对于二分查找模板,这里多了三步(比如说寻找左边界的方法):

1、在发现找到一个target对象时,不返回,而是继续让right=mid-1,也就是向左边收敛,找左边界;

2、后面有两个返回-1的条件,我们一起来看一下:

  • left ≥ nums.length :这一步考虑的是如果出现当前数组中所有的元素都小于target元素,那么在跳出循环前会最后一次进入nums[mid] < target的分支,而最后一次left=mid+1后,left会越界,因此我们要考虑left越界的情况;
  • nums[left] ≠ target:这一步考虑的是,如果数组中不存在target的情况,那么此时left指向的元素便不是我们要的左边界;

3、最后返回left,即为要寻找的左边界。

右边界同理,不再赘述。

public class Solution {

    public int[] searchRange(int[] nums, int target) {
        return new int[]{leftBound(nums, target), rightBound(nums, target)};
    }

    private int leftBound(int[] nums, int target) {
        int left = 0, right = nums.length - 1;
        while (left <= right) {
            int mid = left + ((right - left) >> 1);
            if (nums[mid] < target) {
                left = mid + 1;
            } else if (nums[mid] > target) {
                right = mid - 1;
            } else if (nums[mid] == target) {
                // 继续向左边收敛
                right = mid - 1;
            }
        }
        // 检查是否越界,或者不存在
        if (left >= nums.length || nums[left] != target) {
            return -1;
        }
        return left;
    }

    private int rightBound(int[] nums, int target) {
        int left = 0, right = nums.length - 1;
        while (left <= right) {
            int mid = left + ((right - left) >> 1);
            if (nums[mid] < target) {
                left = mid + 1;
            } else if (nums[mid] > target) {
                right = mid - 1;
            } else if (nums[mid] == target) {
                // 继续向右边收敛
                left = mid + 1;
            }
        }
        // 检查是否越界,或者不存在
        if (right < 0 || nums[right] != target) {
            return -1;
        }
        return right;
    }

}
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