数据结构篇--折半查找【详解】

news2024/12/23 5:47:27

折半查找也叫做二分查找或者对数查找,是一种在有序数组中查找特定元素的查找算法。

折半查找的算法步骤如下:

  1. 将目标关键字key与数组中的中间元素比较,若相等则查找成功。
  2. key大于中间元素,就到数组中大于中间元素的部分进行查找;若key小于中间元素,就到数组中小于中间元素的部分进行查找,如此,每次查找范围都缩小一半
  3. 若是查找范围为空,则代表查找失败。

如果不是很理解,我们就举一个例子。

相信看到上面的流程图,你已经对折半查找有了一个初步的了解。

接下来,我们从代码方面彻底理解它的底层逻辑是如何实现的

C语言代码示例

#include<stdio.h>
#define MaxSize 100
int BinarySearch(int array[], int n, int key) {
	int low = 0, high = n - 1, mid;
	while (low <= high) {
		mid = (low + high) / 2;
		if (key = array[mid]) {
			return mid;//查找成功
		}
		else if (key < array[mid]) {
			high = mid - 1;//key比mid关键字小,就在左半部分查找
		}
		else {
			low = mid + 1;//key比mid关键字大,就在右半部分查找
		}
	}
	return -1;
}
int main() {
	int array[MaxSize] = { 100,1000,8,15,200 };
	int n = 5;
	int res = BinarySearch(array, n, 8);
	printf("查找结果为: %d", res);
	return 0;
}

当然,折半查找的过程中可以用二叉树来描述,称为折半查找判定树,本质就是一种特殊的二叉排序树,它的每个节点都是一个有序数组的中位数,左子树是该中位数左边的有序数组,右子树是该中位数右边的有序数组。

这样的安排保证了在查找时,可以通过比较中位数和目标值的大小关系,来确定目标值在哪个子树中,从而减少折半查找的次数,提高查找效率。

在这个折半查找判定树中,某节点所在的层数即是查找该节点的比较次数。

最后这棵树的样子就是

通过对上面这些知识的理解,我们知道一个有n个数据元素的有序数组,可以构造折半查找判定树

从根节点出发,如果相等就比较成功;反而若是比该结点值小,往左子树走,不然就往右走

就像上面说过的,关键字的比较次数是不会超过该判定树的高度的,并且折半查找判定树本质上是一棵平衡二叉树,还有关键的一点若是树高为h,则前h-1层为满二叉树,所以当使用折半查找时,对于有n个元素的查找表,查找一个数据元素的平均时间复杂度为O({_{}}^{}{_{}}^{}log2N)。

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