二分法查找

对于一个有序数组

int[] nums={0,1,2,3,4,5};

将它移位变为:

nums={3,4,5,0,1,2};

我们想找到其中的最小值该怎么做?
通常的方法是遍历数组中的每一个元素,比较得到最小值,他的时间复杂度为O(n);
我们通过二分法可以将复杂度变为O(logn);
通过不断地二分数组,只分析目标所在的那二分之一,有大量数据的情况下,可以大大降低运行所需的时间。

我们要想找出nums数组中的最小值,首先声明三个指针,分别是左指针、右指针和中间指针:

int left=0;
int right=nums.length-1;
int mid=0;

然后我们开始二分:

while(left<right){
    mid=(left+right)/2;
    ...
}

观察数组的结构我们知道,右指针初始位置的数值一定小于左指针初始位置的数值,且从左指针到最小值之前都是增大的,从最小值到右指针也都是增大的。


二分法.png
直观比较.png

通过判断中间指针所指值的大小,我们可以知道目标值在左右哪一块,然后在将中间指针的值赋给左指针或右指针,再重新生成中间指针,我们就省去了原来数据数量基础上的一半的数值判断。

while(left<right){
    mid=(left+right)/2;
    if(nums[mid]<nums[right]){
        right=mid;//若mid处数值小于right处的,那么说明最小值在它的左边或者就在它这里,砍掉mid右边的一半;
    }else{
        left=mid+1;//若mid处数值大于right处的,那么说明最小值在它的右边或者就这他这里,砍掉mid左边的一半;
    }
}

由循环条件可知,最后left=right,得出了最小值在数组中的序列。

二分法可以利用到诸多有某些固定规律的问题当中,通过观察条件,灵活改变判断条件,可以有效提高运行效率。

最后再来一个例子:

峰值元素是指其值严格大于左右相邻值的元素。
给出一个整数数组 nums,找到峰值元素并返回其索引。数组可能包含多个峰值,返回任何一个峰值所在位置即可。

例:

输入:int nums={1,2,1,3,6,3};
输出:1或4
2和6是峰值元素,你输出其中一个所在的序列。

通过分析题意,我们可以从任意一个元素开始找峰值,对于长度内的任意i,肯定有:nums[i-1]<nums[i]>nums[i+1]只要朝着数据增大的方向开始寻找,就一定能找到,那么我们不妨用二分法,将任取的元素定为mid,当nums[mid]<nums[mid+1]时,就砍掉左半边,反之则砍掉右半边,最终一定能找到峰值:

public int findLeap(int[] nums){
    int left=0;
    int right=nums.length;
    int mid=0;
    while(left<right){
          mid=(left+right)/2;
        if(nums[mid]<nums[mid+1]){
            left=mid+1;
        }else{
            right=mid;
        }
    }

    return left;
}
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