Ⅳ. 查找算法(Search Algorithm)

查找算法

定义:
  • 给定一个值,在大量信息中数据表中确定一个其关键字等于给定值的元素(记录)
查找算法的分类
  • 静态查找:在查找过程中不改变数据元素的数据表 --- 不插不删;故采用顺序存储结构
  • 动态查找:在查找过程中有插入和删除操作的数据表
  • 有序查找:被查找数据表必须为有序序列
  • 无序查找:被查找数据表有序无序均可
平均查找长度(Average Search Length,ASL):
  • 需和指定key进行比较的关键字的个数的期望值,称为查找算法在查找成功时的平均查找长度,作为衡量查找效率的重要指标
  • 对于含有n个数据元素的查找表,查找成功的平均查找长度为:ASL = Pi*Ci 的和。
      Pi:查找表中第i个数据元素的概率。
      Ci:找到第i个数据元素时已经比较过的次数。

常见的查找(搜索)算法

  • 顺序查找
  • 二分查找 (又称为折半查找)
  • 分块查找
  • 哈希查找(单独)
  • 树表查找(在"树"部分详细介绍,本文不重点涉及)
    • BST
    • BBST
    • AVL
    • B-Tree
    • 红黑树

1. 顺序查找

基本思想 : 属于无序查找算法,从数据表的一端顺序扫描,依次将数据元素的关键值与给定值Value比较,直至找到相等的表示成功,或扫描结束仍未找到,表示失败;

复杂度分析

  • ASL : 等概率条件下,ASL = (n+....+2+1)/n= (n+1)/2
  • 时间复杂度 : O(n)
代码后补

2. 二分查找(折半查找)

基本思想数据表必须为有序表,属于有序查找算法;如果数据表原本无序,则先要进行排序操作;
给定值为Value,与数据表中间结点的关键字比较,中间结点把线形表分成两个子表,若相等则查找成功;若不相等,再根据Value与该中间结点关键字的比较结果确定下一步查找哪个子表,这样递归下去,直到查找到或查找结束发现表中没有这样的结点。

[注] 折半查找的前提条件是需要有序表顺序存储,对于静态查找表,一次排序后不再变化,折半查找能得到不错的效率。但对于需要频繁执行插入或删除操作的数据表来说,维护有序的排序会带来不小的工作量,不建议使用。

复杂度分析

  • ASL : 在等概率条件下...平均查找长度:ASL =(1/n)* ( j * 2^(j-1) )(j是从1到h),ASL = log2(n+1)-1。
  • 时间复杂度 :最坏情况下,关键词比较次数为log2(n+1),且期望时间复杂度为O(log2n);
代码后补

3. 分块查找(也称为索引查找)

分块查找的数据表的特点 : 分块有序 即[ 块间有序,块内无序]

分块示例

基本思想 :将一个 n 个数据元素的数据表"按块有序"划分为 m 块(m<=n),每个块中元素关键字不必有序,但块与块之间必须"按块有序"; 第 1 个块中的任一元素的关键字小于第 2 个块中的任一元素的关键字(或大于),第 2 个块中的任一元素的关键字小于第 3 个块中的任一元素的关键字(或大于)... ...

分块算法流程

  • 为每一块设立一个块首指针
  • 标注对应块的最大(小)关键字
  • 将每一块的块首指针和标注最大关键字合并为一个索引项
  • 各个块的索引项一起构成一个索引表
  • 查找分为两个部分 : 先对索引表进行二分或者顺序查找,已确定待查的记录在哪一个块中;然后在已确定的块中进行顺序查找。
代码后补
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