Java怎麼實作二分法查找

二分法查找

概述

二分查找也稱為折半查找（Binary Search），它是一種效率較高的查找方法。

但是，折半查找要求線性表必須採用順序儲存結構，且表格中元素依關鍵字有序排列。

歸併排序即運用了二分法的思想。首先需要一個由小到大排序好的數組，先比較中間的值，如果比要找的大，則向前找，取中間值前面的一半再找中間值再比較。

如果比要找的小，則往後找，取中間值後面的一半再取中間值再比較。

遞歸實作

這裡，我使用了遞歸的方法來實現。

首先需要確認查找的範圍，即有一個左索引和右索引，每次取(left right)/2為中間值，比較要找的元素和中間值的大小，若中間值大，則向前找，即遞歸範圍為left ，mid-1。反之向右找，即遞歸範圍mid 1，right。若相等即為找到。

但是需要繼續往此索引的前後找找看有沒有和其相等的值，一併加入到集合中，最後返回這個集合。

遞迴實作程式碼

package search;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class BinarySearch {
    public static void main(String[] args) {
        int[] array = {1,1,1,2,3,4,5,6,7};
        List<Integer> integers = binarySearch(array, 0, array.length - 1, 1);
//        for (Integer integer : integers) {
//            System.out.print(integer+ " ");
//        }
        System.out.println(integers);
    }
    public static List<Integer> binarySearch(int[] array, int left, int right, int value){
        //如果左索引大于右索引，则说明全部遍历完了，也没有找到相应的值，返回空集合即可
        if (left>right){
            return new ArrayList<Integer>();
        }
        //获取中间值的下标（二分）
        int mid = (left+right)/2;
        //如果要找的值比中间值小，则继续向左找
        if (value < array[mid]){
            return binarySearch(array, left, mid-1, value);
        //要找的值比中间值小大，则向右找
        }else if (value > array[mid]){
            return binarySearch(array, mid+1, right, value);
        //否则，说明相等，找到了
        }else {
            //找到一个，还需要向左右找找看有没有相同的值
            List<Integer> resultList = new ArrayList();
            //向左循环找，如果有，则加入到集合中
            int temp = mid - 1;
            while (temp>=0 && array[temp] == value){
                resultList.add(temp);
                temp -= 1;
            }
            //向右循环找，如果有，则加入到集合中
            temp = mid + 1;
            while (temp < array.length && array[temp] == value){
                resultList.add(temp);
                temp += 1;
            }
            //将一开始找到的那个索引页加入到集合中。
            resultList.add(mid);
            return resultList;
        }
    }
    
    //以下这段代码来自百度百科，供大家参考。
    public static int binarySearch(Integer[] srcArray, int des) {
        //定义初始最小、最大索引
        int start = 0;
        int end = srcArray.length - 1;
        //确保不会出现重复查找，越界
        while (start <= end) {
            //计算出中间索引值
            int middle = (end + start)>>>1 ;//防止溢出
            if (des == srcArray[middle]) {
                return middle;
                //判断下限
            } else if (des < srcArray[middle]) {
                end = middle - 1;
                //判断上限
            } else {
                start = middle + 1;
            }
        }
        //若没有，则返回-1
        return -1;
    }
}

迴圈實作程式碼(非遞迴)

package search;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;
/**
 * @Author: sshdg
 * @Date: 2020/9/21 9:22
 */
public class BinarySearch3 {
    public static void main(String[] args) {
        int[] array = {1,1,1,1,1,2,3,4,5,6,7};
        System.out.println(BinarySearch3.binarySearch(array, 7));
    }
    public static List<Integer> binarySearch(int[] array, int key){
        List<Integer> resultList = new ArrayList<>();
        int start = 0;
        int end = array.length - 1;
        while (start <= end){
            int mid = (start + end) / 2;
            int midValue = array[mid];
            if (key > midValue){
                //key比中间值大。向右找
                start = mid + 1;
            } else if (key < midValue){
                //key比中间值小。向左找
                end = mid - 1;
            } else {
                //否则就找到了
                //先向左找有没有相同值
                int temp = mid -1;
                while (temp >= start && array[temp] == key){
                    resultList.add(temp);
                    temp -= 1;
                }
                //将一开始找到的加入结果集
                resultList.add(mid);
                //再向右找找有没有相同值
                temp = mid + 1;
                while (temp <= end && array[temp] == key){
                    resultList.add(temp);
                    temp += 1;
                }
                break;
            }
        }
        return resultList;
    }
}

二分法查找（遞迴、迴圈）

public class BinarySearch {
    /**
     * @author JadeXu
     * @// TODO: 2020/12/7 二分查找
     * 思路：
     * 1、获取数组的中间值，先获取下标，方便多次查找
     * 奇数位的数组直接获取中间位，偶数位的数组获取中间的第一位或第二位都可，一般获取第一位（因为与奇数位获取中间值的方法一样）
     * 2、获取查找的区间范围，start：区间开始的下标，end：区间结束的下标
     * 3、判断查找的数和中间位的数是否相同
     * 相同时，直接返回需要的数据，跳出方法
     * 大于时，即数可能在中间值右边的区间内，此时start = mid+1，即mid往后移一位，就得到了中间值右边区间的开始下标
     * 小于时，即数可能在中间值左边的区间内，此时end = mid-1，即mid往前移一位，就得到了中间值左边区间的结束下标
     * 当一个区间里，开始下标小于等于结束下标时，该区间才是有效区间，才能继续查找。否则无效，返回找不到，跳出方法
     */
    //循环
    /**
     * @param arr 已经升序好的int[]
     * @param num 需要查找的数字
     * @return 找到则返回下标，没找到则返回-1
     */
    private static int binarySearchByCycle(int[] arr,int num) {
        int start = 0;
        int end = arr.length - 1;
        while (start <= end){
            int mid = (start + end) / 2;
            if(num == arr[mid]){
                return mid;
            }else if(num > arr[mid]){
                start = mid + 1;
            }else {
                end = mid - 1;
            }
        }
        return -1;
    }
    //递归
    /**
     * @param arr 已经升序好的int[]
     * @param num 需要查找的数字
     * @param start 区间开始下标
     * @param end 区间结束下标
     * @return 找到则返回下标，没找到则返回-1
     */
    private static int binarySearchByRecursion(int[] arr,int num,int start,int end) {
        int mid = (start + end) / 2;
        if(num == arr[mid]){
            return mid;
        }else if(num > arr[mid]){
            start = mid + 1;
        }else {
            end = mid - 1;
        }
        if(start <= end){
            mid = binarySearchByRecursion(arr,num,start,end);  //递归继续寻找
        }else {
            mid = -1;
        }
        return mid;
    }
}

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