数组算法——二分查找

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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。

示例 1:

输入: nums = [-1,0,3,5,9,12], target = 9     
输出: 4       
解释: 9 出现在 nums 中并且下标为 4     

示例 2:

输入: nums = [-1,0,3,5,9,12], target = 2     
输出: -1        
解释: 2 不存在 nums 中因此返回 -1   

提示:

  • 你可以假设 nums 中的所有元素是不重复的。
  • n 将在 [1, 10000]之间。
  • nums 的每个元素都将在 [-9999, 9999]之间。

二分查找简介

二分查找前提是数组为有序数组,同时还强调数组中无重复元素,因为一旦有重复元素,使用二分查找法返回的元素下标可能不是唯一的。二分查找的逻辑较为简单,一个递归循环即可解决,难点在于索引边界的判定,究竟是while(left < right) 还是 while(left <= right),理解好这一点便是解题关键所在。

边界的判定

写二分法,区间的定义一般为两种,左闭右闭即[left, right],或者左闭右开即[left, right)。

左闭右闭

首先,我们假定target在一个左闭右闭的区间中,左闭右闭的特点如下

  • while(left <= right)要用 <=,因为left=right是有意义的。
  • 当nums[middle] > target 时,right的值要设置为middle - 1,因为此时nums[middle]的值一定不是right,所以right要在middle的左侧取值。 示例代码:
func search(nums []int, target int) int {
    high := len(nums) - 1
    low := 0
    for low <= high {
        mid := low + (low + high)/2
        if nums[mid] == target
            return mid
        }else if nums[mid] > target{
            high = mid -1
        }else {
            low = mid + 1
        }
    }
    return -1
}

左闭右开

左闭右开的情况则有以下特点:

  • while(left <= right)要用 <
  • 当nums[middle] > target 时,right的值要设置为middle,因为这里的right是开区间,所以right要更新为开区间 示例代码:
func search(nums []int, target int) int {
    high := len(nums)
    low := 0
    for high > low {
        mid := low + (low + high)/2
        if nums[mid] == target {
            return mid
        }else if nums[mid] > target {
            high = mid 
        }else {
            low = mid + 1
        }
    }
    return -1
}