數據結構基礎(2) --順序查找 & 二分查找

順序查找

適用範圍:

沒有進行排序的數據序列

缺點:

速度非常慢, 效率爲O(N)

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  1. //實現  
  2. template <typename Type>  
  3. Type *sequenceSearch(Type *begin, Type *end, const Type &searchValue)  
  4. throw(std::range_error)  
  5. {  
  6.     if ((begin == end) || (begin == NULL) || (end == NULL))  
  7.         throw std::range_error("pointer unavailable");  
  8.   
  9.     for (Type *index = begin; index < end; ++index)  
  10.     {  
  11.         if (*index == searchValue)  
  12.             return index;  
  13.     }  
  14.   
  15.     return end;  
  16. }  
  17.   
  18. template <typename Type>  
  19. Type *sequenceSearch(Type *array, int length, const Type &searchValue)  
  20. throw(std::range_error)  
  21. {  
  22.     return sequenceSearch(array, array+length, searchValue);  
  23. }  

迭代二分查找

應用範圍:

數據必須首先排序,才能應用二分查找;效率爲(logN)

算法思想:

譬如數組{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9},查找元素6,用二分查找的算法執行的話,其順序爲:

    1.第一步查找中間元素,即5,由於5<6,則6必然在5之後的數組元素中,那麼就在{6, 7, 8, 9}中查找,

    2.尋找{6, 7, 8, 9}的中位數,爲7,7>6,則6應該在7左邊的數組元素中,那麼只剩下6,即找到了。

    二分查找算法就是不斷將數組進行對半分割,每次拿中間元素和目標元素進行比較

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  1. //實現:迭代二分  
  2. template <typename Type>  
  3. Type *binarySearch(Type *begin, Type *end, const Type &searchValue)  
  4. throw(std::range_error)  
  5. {  
  6.     if ((begin == end) || (begin == NULL) || (end == NULL))  
  7.         throw std::range_error("pointer unavailable");  
  8.   
  9.     /**注意:此處high爲end-1,並不是end 
  10.         因爲在後續的查找過程中,可能會如下操作 (*high), 或等價的操作 
  11.         此時應該訪問的是最後一個元素, 必須注意不能對數組進行越界訪問! 
  12.     */  
  13.     Type *low = begin, *high = end-1;  
  14.     while (low <= high)  
  15.     {  
  16.         //計算中間元素  
  17.         Type *mid = low + (high-low)/2;  
  18.         //如果中間元素的值==要找的數值, 則直接返回  
  19.         if (*mid == searchValue)  
  20.             return mid;  
  21.         //如果要找的數比中間元素大, 則在數組的後半部分查找  
  22.         else if (searchValue > *mid)  
  23.             low = mid + 1;  
  24.         //如果要找的數比中間元素小, 則在數組的前半部分查找  
  25.         else  
  26.             high = mid - 1;  
  27.     }  
  28.   
  29.     return end;  
  30. }  
  31.   
  32. template <typename Type>  
  33. Type *binarySearch(Type *array, int length, const Type &searchValue)  
  34. throw(std::range_error)  
  35. {  
  36.     return binarySearch(array, array+length, searchValue);  
  37. }  

遞歸簡介

遞歸就是遞歸...(自己調用自己),遞歸的是神,迭代的是人;

 

遞歸與非遞歸的比較

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  1. //遞歸求解斐波那契數列  
  2. unsigned long ficonacciRecursion(int n)  
  3. {  
  4.     if (n == 1 || n == 2)  
  5.         return 1;  
  6.     else  
  7.         return ficonacciRecursion(n-1) + ficonacciRecursion(n-2);  
  8. }  
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  1. //非遞歸求解斐波那契數列  
  2. unsigned long ficonacciLoop(int n)  
  3. {  
  4.     if (n == 1 || n == 2)  
  5.         return 1;  
  6.   
  7.     unsigned long  first = 1, second = 1;  
  8.     unsigned long  ans = first + second;  
  9.     for (int i = 3; i <= n; ++i)  
  10.     {  
  11.         ans = first + second;  
  12.         first = second;  
  13.         second = ans;  
  14.     }  
  15.   
  16.     return ans;  
  17. }  

遞歸二分查找

算法思想如同迭代二分查找;

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  1. //實現  
  2. template <typename Type>  
  3. Type *binarySearchByRecursion(Type *front, Type *last, const Type &searchValue)  
  4. throw(std::range_error)  
  5. {  
  6.     if ((front == NULL) || (last == NULL))  
  7.         throw std::range_error("pointer unavailable");  
  8.   
  9.     if (front <= last)  
  10.     {  
  11.         Type *mid = front + (last-front)/2;  
  12.         if (*mid == searchValue)  
  13.             return mid;  
  14.         else if (searchValue > *mid)  
  15.             return binarySearchByRecursion(mid+1, last, searchValue);  
  16.         else  
  17.             return binarySearchByRecursion(front, mid-1, searchValue);  
  18.     }  
  19.   
  20.     return NULL;  
  21. }  
  22.   
  23. template <typename Type>  
  24. int binarySearchByRecursion(Type *array, int left, int right, const Type &searchValue)  
  25. throw (std::range_error)  
  26. {  
  27.     if (array == NULL)  
  28.         throw std::range_error("pointer unavailable");  
  29.   
  30.     if (left <= right)  
  31.     {  
  32.         int mid = left + (right-left)/2;  
  33.         if (array[mid] == searchValue)  
  34.             return mid;  
  35.         else if (searchValue < array[mid])  
  36.             return binarySearchByRecursion(array, left, mid-1, searchValue);  
  37.         else  
  38.             return binarySearchByRecursion(array, mid+1, right, searchValue);  
  39.     }  
  40.   
  41.     return -1;  
  42. }  

小結:

其實C++ 的STL已經實現好了std::binary_search(),在用的時候我們只需調用即可, 但是二分算法的思想還是非常重要的, 在求解一些較爲複雜的問題時, 我們時常能夠看到二分的身影.

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