黑马Java零基础视频教程精华部分_15_基本查找/顺序查找、二分查找/折半查找、插值查找、斐波那契查找、分块查找、哈希查找

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一、基本查找/顺序查找
- 核心思想：从0索引开始挨个往后查找
- 代码：
- 练习：定义一个方法利用基本查找，查询某个元素在数组中的索引，数组包含重复数据。
二、二分查找/折半查找
- 核心思想:属于有序查找算法。用给定值先与中间结点比较，每次排除一半的查找范围。比较完之后有三种情况：
- 代码：
三、插值查找(二分查找的改进）
- 核心思想：基于二分查找算法，将查找点的选择改进为自适应选择，可以提高查找效率。当然，差值查找也属于有序查找。
四、斐波那契查找(二分查找的改进）
- 黄金分割
- 核心思想：也是二分查找的一种提升算法，通过运用黄金比例的概念在数列中选择查找点进行查找，提高查找效率。同样地，斐波那契查找也属于一种有序查找算法。
- 代码：
五、分块查找
- 核心思想：先确定要查找的元素在哪一块，然后在块内挨个查找
- 分块查找的过程：
- 代码：
- 扩展的分块查找(无规律的数据）
- 扩展的分块查找(查找的过程中还需要添加数据）
六、哈希查找即上面的扩展
七、树表查找以后补充

一、基本查找/顺序查找

核心思想：从0索引开始挨个往后查找

代码：

public class SearchWays {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr ={ 123,213,124,354,465,7566};
        System.out.println(basicSearch(arr, 213));

    }

    private static boolean basicSearch(int[] arr, int num){
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            if(arr[i]==num) return true;
        }
        return  false;
    }
}

练习：定义一个方法利用基本查找，查询某个元素在数组中的索引，数组包含重复数据。

public class SearchWays {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr ={ 123,213,124,354,465,7566,123,123,213};
        System.out.println(basicSearch(arr, 213));

    }

    private static ArrayList<Integer> basicSearch(int[] arr, int num){
        ArrayList<Integer> nums = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            if(arr[i]==num) nums.add(i);
        }
        return  nums;
    }
}

二、二分查找/折半查找

前提条件:元素必须是有序的，从小到大，或者从大到小都是可以的。
如果是无序的，也可以先进行排序。但是排序之后，会改变原有数据的顺序，查找出来元素位置跟原来的元素可能是不一样的，所以排序之后再查找只能判断当前数据是否在容器当中，返回的索引无实际的意义。

核心思想:属于有序查找算法。用给定值先与中间结点比较，每次排除一半的查找范围。比较完之后有三种情况：

相等：说明找到了
要查找的数据比中间节点小：说明要查找的数字在中间节点左边
要查找的数据比中间节点大：说明要查找的数字在中间节点右边

代码：

public class SearchWays {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr ={ 1,2,3,4,5,5,6,7,8,213};
        System.out.println(binarySearch(arr, 5));

    }

    private static ArrayList<Integer> binarySearch(int[] arr, int num){
        ArrayList<Integer> nums = new ArrayList<>();
        int left=0,right=arr.length-1;
        int mid=(left+right)/2;
        while(left<=right){
            if(arr[mid]==num){
                nums.add(1);
                return nums;
            } else if (arr[mid]>num) {
                right=mid-1;
                mid = (left+right)/2;
            }else {
                left=mid+1;
                mid = (left+right)/2;
            }
        }
        return  nums;
    }
}

三、插值查找(二分查找的改进）

在介绍插值查找之前，先考虑一个问题：
为什么二分查找算法一定要是折半，而不是折四分之一或者折更多呢？
其实就是因为方便，简单，但是如果我能在二分查找的基础上，让中间的mid点，尽可能靠近想要查找的元素，那不就能提高查找的效率了吗？
二分查找中查找点计算如下：

mid=(low+high)/2, 即mid=low+1/2*(high-low);

我们可以将查找的点改进为如下：

mid=low+(key-a[low])/(a[high]-a[low])*(high-low)，

这样，让mid值的变化更靠近关键字key，这样也就间接地减少了比较次数。

核心思想：基于二分查找算法，将查找点的选择改进为自适应选择，可以提高查找效率。当然，差值查找也属于有序查找。

细节：对于表长较大，而关键字分布又比较均匀的查找表来说，插值查找算法的平均性能比折半查找要好的多。反之，数组中如果分布非常不均匀，那么插值查找未必是很合适的选择。
代码跟二分查找类似，只要修改一下mid的计算方式即可。

四、斐波那契查找(二分查找的改进）

在介绍斐波那契查找算法之前，我们先介绍一下很它紧密相连并且大家都熟知的一个概念——黄金分割。

黄金分割

黄金比例又称黄金分割，是指事物各部分间一定的数学比例关系，即将整体一分为二，较大部分与较小部分之比等于整体与较大部分之比，其比值约为1:0.618或1.618:1。
0.618被公认为最具有审美意义的比例数字，这个数值的作用不仅仅体现在诸如绘画、雕塑、音乐、建筑等艺术领域，而且在管理、工程设计等方面也有着不可忽视的作用。因此被称为黄金分割。
在数学中有一个非常有名的数学规律：斐波那契数列：1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89…….（从第三个数开始，后边每一个数都是前两个数的和）。
然后我们会发现，随着斐波那契数列的递增，前后两个数的比值会越来越接近0.618，利用这个特性，我们就可以将黄金比例运用到查找技术中。

核心思想：也是二分查找的一种提升算法，通过运用黄金比例的概念在数列中选择查找点进行查找，提高查找效率。同样地，斐波那契查找也属于一种有序查找算法。

斐波那契查找也是在二分查找的基础上进行了优化，优化中间点mid的计算方式即可

代码：

public class FeiBoSearchDemo {
    public static int maxSize = 20;

    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {1, 8, 10, 89, 1000, 1234};
        System.out.println(search(arr, 1234));
    }

    public static int[] getFeiBo() {
        int[] arr = new int[maxSize];
        arr[0] = 1;
        arr[1] = 1;
        for (int i = 2; i < maxSize; i++) {
            arr[i] = arr[i - 1] + arr[i - 2];
        }
        return arr;
    }

    public static int search(int[] arr, int key) {
        int low = 0;
        int high = arr.length - 1;
        //表示斐波那契数分割数的下标值
        int index = 0;
        int mid = 0;
        //调用斐波那契数列
        int[] f = getFeiBo();
        //获取斐波那契分割数值的下标
        while (high > (f[index] - 1)) {
            index++;
        }
        //因为f[k]值可能大于a的长度，因此需要使用Arrays工具类，构造一个新法数组，并指向temp[],不足的部分会使用0补齐
        int[] temp = Arrays.copyOf(arr, f[index]);
        //实际需要使用arr数组的最后一个数来填充不足的部分
        for (int i = high + 1; i < temp.length; i++) {
            temp[i] = arr[high];
        }
        //使用while循环处理，找到key值
        while (low <= high) {
            mid = low + f[index - 1] - 1;
            if (key < temp[mid]) {//向数组的前面部分进行查找
                high = mid - 1;
                /*
                  对k--进行理解
                  1.全部元素=前面的元素+后面的元素
                  2.f[k]=k[k-1]+f[k-2]
                  因为前面有k-1个元素没所以可以继续分为f[k-1]=f[k-2]+f[k-3]
                  即在f[k-1]的前面继续查找k--
                  即下次循环,mid=f[k-1-1]-1
                 */
                index--;
            } else if (key > temp[mid]) {//向数组的后面的部分进行查找
                low = mid + 1;
                index -= 2;
            } else {//找到了
                //需要确定返回的是哪个下标
                if (mid <= high) {
                    return mid;
                } else {
                    return high;
                }
            }
        }
        return -1;
    }
}

五、分块查找

一般我们遇到数据没有任何顺序（使用基本查找），或者遇到数据有一定顺序（使用二分、插值、斐波那契查找）的情况都不多，一般遇到的都是无序当中又透露着有序，这时候需要使用分块查找。如下图所示，块内无序，块与块之间有序。
在这里插入图片描述
分块的原则1:前一块中的最大数据，小于后一块中所有的数据(块内无序，块间有序。
分块的原则2:块数数量一般等于数字的个数开根号。比如:16个数字般分为4块左右

核心思想：先确定要查找的元素在哪一块，然后在块内挨个查找

我们需要定义一个类来存放每个块的一些数据，如下图所示：
在这里插入图片描述
然后把块放到索引表中，如下图所示：

索引表具体如下图所示：可以用二分查找或者基本查找找到目标数字在哪一块中。

分块查找的过程：

需要把数据分成N多小块，块与块之间不能有数据重复的交集。
给每一块创建对象单独存储到数组当中
查找数据的时候，先在数组查，当前数据属于哪一块
再到这一块中顺序查找

代码：

package com.itheima.search;

public class A03_BlockSearchDemo {
    public static void main(String[] args) {
        /*
            分块查找
            核心思想：
                块内无序，块间有序
            实现步骤：
                1.创建数组blockArr存放每一个块对象的信息
                2.先查找blockArr确定要查找的数据属于哪一块
                3.再单独遍历这一块数据即可
        */
        int[] arr = {16, 5, 9, 12,21, 18,
                     32, 23, 37, 26, 45, 34,
                     50, 48, 61, 52, 73, 66};

        //创建三个块的对象
        Block b1 = new Block(21,0,5);
        Block b2 = new Block(45,6,11);
        Block b3 = new Block(73,12,17);

        //定义数组用来管理三个块的对象（索引表）
        Block[] blockArr = {b1,b2,b3};

        //定义一个变量用来记录要查找的元素
        int number = 37;

        //调用方法，传递索引表，数组，要查找的元素
        int index = getIndex(blockArr,arr,number);

        //打印一下
        System.out.println(index);



    }

    //利用分块查找的原理，查询number的索引
    private static int getIndex(Block[] blockArr, int[] arr, int number) {
        //1.确定number是在那一块当中
        int indexBlock = findIndexBlock(blockArr, number);

        if(indexBlock == -1){
            //表示number不在数组当中
            return -1;
        }

        //2.获取这一块的起始索引和结束索引   --- 30
        // Block b1 = new Block(21,0,5);   ----  0
        // Block b2 = new Block(45,6,11);  ----  1
        // Block b3 = new Block(73,12,17); ----  2
        int startIndex = blockArr[indexBlock].getStartIndex();
        int endIndex = blockArr[indexBlock].getEndIndex();

        //3.遍历
        for (int i = startIndex; i <= endIndex; i++) {
            if(arr[i] == number){
                return i;
            }
        }
        return -1;
    }


    //定义一个方法，用来确定number在哪一块当中
    public static int findIndexBlock(Block[] blockArr,int number){ //100


        //从0索引开始遍历blockArr，如果number小于max，那么就表示number是在这一块当中的
        for (int i = 0; i < blockArr.length; i++) {
            if(number <= blockArr[i].getMax()){
                return i;
            }
        }
        return -1;
    }



}

class Block{
    private int max;//最大值
    private int startIndex;//起始索引
    private int endIndex;//结束索引


    public Block() {
    }

    public Block(int max, int startIndex, int endIndex) {
        this.max = max;
        this.startIndex = startIndex;
        this.endIndex = endIndex;
    }

    /**
     * 获取
     * @return max
     */
    public int getMax() {
        return max;
    }

    /**
     * 设置
     * @param max
     */
    public void setMax(int max) {
        this.max = max;
    }

    /**
     * 获取
     * @return startIndex
     */
    public int getStartIndex() {
        return startIndex;
    }

    /**
     * 设置
     * @param startIndex
     */
    public void setStartIndex(int startIndex) {
        this.startIndex = startIndex;
    }

    /**
     * 获取
     * @return endIndex
     */
    public int getEndIndex() {
        return endIndex;
    }

    /**
     * 设置
     * @param endIndex
     */
    public void setEndIndex(int endIndex) {
        this.endIndex = endIndex;
    }

    public String toString() {
        return "Block{max = " + max + ", startIndex = " + startIndex + ", endIndex = " + endIndex + "}";
    }
}