编程题-二分查找

题目:

给定一个 n 个元素有序的(升序)整型数组 nums 和一个目标值 target  ,写一个函数搜索 nums 中的 target,如果目标值存在返回下标,否则返回 -1

解法一(循环遍历查找):

直接循环遍历数组中的所有元素,利用for循环进行查找,存在则直接输出下标,若遍历完成后仍未找到,则函数返回-1值,如下为代码:

class Solution {
public:
    int search(vector<int>& nums, int target) {
        int length =nums.size();
        for(int i=0;i<length;i++){
            if(nums[i]==target){
                return i;
            }
        }
        return -1;
    }
};

解法二(二分查找):

在升序数组nums中寻找目标值target,对于特定下标i,比较nums[i]和target的大小:

1、如果nums[i]=target,则下标i即为要寻找的下标;

2、如果nums[i]>target,则target只可能在下标i的左侧;

3、如果nums[i]<target,则target只可能在下标i的右侧;

基于上述事实,可以在有序数组中使用二分查找寻找目标值。

二分查找的做法是,定义查找的范围[left,right],初始查找范围是整个数组。每次取查找范围的中点mid,比较nums[mid]和target的大小,如果相等则mid即为要寻找的下标,如果不相等则根据nums[mid]和target的大小关系将查找范围缩小一半。

由于每次查找都会将查找范围缩小一半,因此二分查找的时间复杂度是O(logn),其中n是数组的长度。二分查找的条件是查找范围不为空,即left≤right。如果target在数组中,二分查找可以保证找到target,返回target在数组中的下标。如果target不在数组中,则当left>right时结束查找,返回-1。如下为二分查找的代码:

class Solution {
public:
    int search(vector<int>& nums, int target) {
        //定义数组首部left和尾部right的下标值,以下中间数记录和查找元素均以下标形式记录
        int left = 0, right = nums.size() - 1;
        while(left<=right){
            int mid = (right-left)/2+left;
            int num = nums[mid];
            //中间数刚好是target时直接return输出下标结果
            if(num==target){
                return mid;
            }
            //若target小于num,则将right下标值移动至中间数的前一位
            else if(num>target){
                right = mid-1;
            }
            //若target大于num,则将left下标移动至中间数的后一位
            else if(num<target){
                left = mid+1;
            }
        }
        return -1;
    }
};

笔者小记:二分查找时,应通过数组的首部和尾部下标值计算得到中间数的下标值,所有对数组元素的记录都应该以索引位置下标值作为依据,而不是通过数组的长度length为依据进行计算,极容易会产生元素索引值的错误。简单来说,nums.size()得到的数组长度仅仅作为赋right数组尾初始索引值的计算依据,而后续数组的首部和尾部也应通过下标索引计算得到,而不能通过数组长推算得到。

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