Hello算法学习笔记之搜索

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一、二分查找

1.从数组中找到target的索引

Hello算法学习笔记之搜索

 注意:while条件是<=  O(logn)

二分查找并非适用于所有情况,原因如下:

  • 二分查找仅适用于有序数据。若输入数据无序,为了使用二分查找而专门进行排序,得不偿失。因为排序算法的时间复杂度通常为 \(O(n \log n)\) ,比线性查找和二分查找都更高。对于频繁插入元素的场景,为保持数组有序性,需要将元素插入到特定位置,时间复杂度为 \(O(n)\) ,也是非常昂贵的。
  • 二分查找仅适用于数组。二分查找需要跳跃式(非连续地)访问元素,而在链表中执行跳跃式访问的效率较低,因此不适合应用在链表或基于链表实现的数据结构。
  • 小数据量下,线性查找性能更佳。在线性查找中,每轮只需要 1 次判断操作;而在二分查找中,需要 1 次加法、1 次除法、1 ~ 3 次判断操作、1 次加法(减法),共 4 ~ 6 个单元操作;因此,当数据量 \(n\) 较小时,线性查找反而比二分查找更快。

2.二分查找边界

如果目标元素在数组中多次出现,上述介绍的方法只能保证返回其中一个目标元素的索引,而无法确定该索引的左边和右边还有多少目标元素

如果要找到数组中第一个=target的值的索引:

Hello算法学习笔记之搜索

即使找到了nums[m] == target,也要让j到m-1的位置上,继续找到满足条件的更小的位置索引m。二分查找完成后,i 指向最左边的 target ,j 指向首个小于 target 的元素,因此返回索引 i 即可。

这里return的是i,如果m在第len(nums)-1的位置,那么i可能超过数组长度;以及这里并不是nums[i] == target触发return条件;所以又倒数第三行return -1的条件

 文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-511719.html

如果要找到数组中最后一个=target的值的索引:

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 完成二分后,i指向首个大于 target 的元素,j 指向最右边的 target ,因此返回索引 j 即可。

不懂j为什么会越界? 不加j == len(nums)是不是也可以呢?

二、哈希优化策略

我们常通过将线性查找替换为哈希查找来降低算法的时间复杂度

目标:给定一个整数数组 nums 和一个目标元素 target ,请在数组中搜索“和”为 target 的两个元素,并返回它们的数组索引。返回任意一个解即可。

Hello算法学习笔记之搜索

比线性搜索(O(n^2))的时间复杂度低,只需要O(n) 

三、系统总结搜索算法

根据实现思路,搜索算法总体可分为两种:

  • 通过遍历数据结构来定位目标元素,例如数组、链表、树和图的遍历等。
  • 利用数据组织结构或数据包含的先验信息,实现高效元素查找,例如二分查找、哈希查找和二叉搜索树查找等。

1.暴力搜索:线性搜索(用于数组和链表等线性数据结构);BFS、DFS(用于图和树)。O(n)

2.自适应搜索(查找算法):利用数据的特有属性(例如有序性)来优化搜索过程,从而更高效地定位目标元素。二分查找、哈希查找、树查找。O(logn)甚至O(1)

搜索方法选取:

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