Skip to content

Commit

Permalink
更新目录章节链接
Browse files Browse the repository at this point in the history
1. 二分查找知识内容优化
2. 更新目录章节链接
  • Loading branch information
itcharge committed Sep 6, 2023
1 parent d635c34 commit d47c6ce
Show file tree
Hide file tree
Showing 10 changed files with 402 additions and 314 deletions.
2 changes: 1 addition & 1 deletion Assets/Origins/Categories-List.md
Original file line number Diff line number Diff line change
Expand Up @@ -57,7 +57,7 @@
###### 0217. 存在重复元素、0136. 只出现一次的数字、0056. 合并区间、0179. 最大数、0384. 打乱数组、剑指 Offer 45. 把数组排成最小的数


### [二分查找题目](../../Contents/01.Array/03.Array-Binary-Search/02.Array-Binary-Search-List.md)
### [二分查找题目](../../Contents/01.Array/03.Array-Binary-Search/03.Array-Binary-Search-List.md)

#### 二分下标题目

Expand Down
4 changes: 1 addition & 3 deletions Assets/Origins/Interview-100-List.md
Original file line number Diff line number Diff line change
Expand Up @@ -38,8 +38,7 @@

###### 0136. 只出现一次的数字、0056. 合并区间、0179. 最大数


### [二分查找题目](../../Contents/01.Array/03.Array-Binary-Search/02.Array-Binary-Search-List.md)
### [二分查找题目](../../Contents/01.Array/03.Array-Binary-Search/03.Array-Binary-Search-List.md)

#### 二分下标题目

Expand Down Expand Up @@ -193,4 +192,3 @@
#### 思维锻炼题目

###### 0031. 下一个排列、0470. 用 Rand7() 实现 Rand10()

3 changes: 1 addition & 2 deletions Assets/Origins/Interview-200-List.md
Original file line number Diff line number Diff line change
Expand Up @@ -50,8 +50,7 @@

###### 0136. 只出现一次的数字、0056. 合并区间、0179. 最大数、0384. 打乱数组、剑指 Offer 45. 把数组排成最小的数


### [二分查找题目](../../Contents/01.Array/03.Array-Binary-Search/02.Array-Binary-Search-List.md)
### [二分查找题目](../../Contents/01.Array/03.Array-Binary-Search/03.Array-Binary-Search-List.md)

#### 二分下标题目

Expand Down
5 changes: 3 additions & 2 deletions Assets/Origins/README-Catalogue-List.md
Original file line number Diff line number Diff line change
Expand Up @@ -28,8 +28,9 @@
- [基数排序](https://github.com/itcharge/LeetCode-Py/blob/main/Contents/01.Array/02.Array-Sort/10.Array-Radix-Sort.md)
- [数组排序题目](https://github.com/itcharge/LeetCode-Py/blob/main/Contents/01.Array/02.Array-Sort/11.Array-Sort-List.md)
- 二分查找
- [二分查找知识](https://github.com/itcharge/LeetCode-Py/blob/main/Contents/01.Array/03.Array-Binary-Search/01.Array-Binary-Search.md)
- [二分查找题目](https://github.com/itcharge/LeetCode-Py/blob/main/Contents/01.Array/03.Array-Binary-Search/02.Array-Binary-Search-List.md)
- [二分查找知识(一)](https://github.com/itcharge/LeetCode-Py/blob/main/Contents/01.Array/03.Array-Binary-Search/01.Array-Binary-Search-01.md)
- [二分查找知识(二)](https://github.com/itcharge/LeetCode-Py/blob/main/Contents/01.Array/03.Array-Binary-Search/02.Array-Binary-Search-02.md)
- [二分查找题目](https://github.com/itcharge/LeetCode-Py/blob/main/Contents/01.Array/03.Array-Binary-Search/03.Array-Binary-Search-List.md)
- 数组双指针
- [数组双指针知识](https://github.com/itcharge/LeetCode-Py/blob/main/Contents/01.Array/04.Array-Two-Pointers/01.Array-Two-Pointers.md)
- [数组双指针题目](https://github.com/itcharge/LeetCode-Py/blob/main/Contents/01.Array/04.Array-Two-Pointers/02.Array-Two-Pointers-List.md)
Expand Down
148 changes: 148 additions & 0 deletions Contents/01.Array/03.Array-Binary-Search/01.Array-Binary-Search-01.md
Original file line number Diff line number Diff line change
@@ -0,0 +1,148 @@
## 1. 二分查找算法介绍

### 1.1 二分查找算法简介

> **二分查找算法(Binary Search Algorithm)**:也叫做折半查找算法、对数查找算法,是一种用于在有序数组中查找特定元素的高效搜索算法。
二分查找的基本算法思想为:通过确定目标元素所在的区间范围,反复将查找范围减半,直到找到元素或找不到该元素为止。

### 1.2 二分查找算法步骤

以下是二分查找算法的基本步骤:

1. **初始化**:首先,确定要查找的有序数据集合。可以是一个数组或列表,确保其中的元素按照升序或者降序排列。
2. **确定查找范围**:将整个有序数组集合的查找范围确定为整个数组范围区间,即左边界 $left$ 和右边界 $right$。
3. **计算中间元素**:根据 $mid = \lfloor (left + right) / 2 \rfloor$ 计算出中间元素下标位置 $mid$。
4. **比较中间元素**:将目标元素 $target$ 与中间元素 $nums[mid]$ 进行比较:
1. 如果 $target == nums[mid]$,说明找到 $target$,因此返回中间元素的下标位置 $mid$。
2. 如果 $target < nums[mid]$,说明目标元素在左半部分($[left, mid - 1]$),更新右边界为中间元素的前一个位置,即 $right = mid - 1$。
3. 如果 $target > nums[mid]$,说明目标元素在右半部分($[mid + 1, right]$),更新左边界为中间元素的后一个位置,即 $left = mid + 1$。

5. 重复步骤 $3 \sim 4$,直到找到目标元素时返回中间元素下标位置,或者查找范围缩小为空(左边界大于右边界),表示目标元素不存在,此时返回 $-1$。

举个例子来说,以在有序数组 $[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]$ 中查找目标元素 $6$ 来说,使用二分查找算法的步骤如下:

1. **确定查找范围**:初始时左边界 $left$ 为 $0$(数组的起始位置),$right$ 为 $10$(数组的末尾位置)。此时查找范围为 $[0, 10]$。
2. **计算中间元素**:中间元素下标位置为 $5$,对应元素为 $nums[5] == 5$。
3. **比较中间元素**:因为 $6 > nums[5]$,所以目标元素可能在右半部分,更新左边界为中间元素的后一个位置,即 $left = 5$。此时查找范围为 $[5, 10]$。
4. **计算中间元素**:中间元素下标位置为 $7$,对应元素为 $nums[7] == 7$。
5. **比较中间元素**:因为 $6 < nums[7]$,所以目标元素可能在左半部分,更新右边界为中间元素的前一个位置,即 $right = 6$。此时查找范围为 $[5, 6]$。
6. **计算中间元素**:中间元素下标位置为 $5$,对应元素为 $nums[5] == 5$。
7. **比较中间元素**:因为 $5 == nums[5]$,正好是我们正在查找的目标元素,此时返回中间元素的下标位置,算法结束。

于是我们发现,对于一个长度为 $10$ 的有序数组,我们只进行了 $3$ 次查找就找到了目标元素。而如果是按照顺序依次遍历数组,则在最坏情况下,我们可能需要查找 $10$ 次才能找到目标元素。

::: tabs#BinarySearch

@tab <1>

![二分查找算法 1](https://qcdn.itcharge.cn/images/20230906133729.png)

@tab <2>

![二分查找算法 2](https://qcdn.itcharge.cn/images/20230906133742.png)

@tab <3>

![二分查找算法 3](https://qcdn.itcharge.cn/images/20230906133758.png)

@tab <4>

![二分查找算法 4](https://qcdn.itcharge.cn/images/20230906133809.png)

@tab <5>

![二分查找算法 5](https://qcdn.itcharge.cn/images/20230906133820.png)

@tab <6>

![二分查找算法 6](https://qcdn.itcharge.cn/images/20230906133830.png)

@tab <7>

![二分查找算法 7](https://qcdn.itcharge.cn/images/20230906133839.png)

@tab <8>

![二分查找算法 8](https://qcdn.itcharge.cn/images/20230906133848.png)

:::

### 1.2 二分查找算法思想

二分查找算法是经典的 **「减而治之」** 的思想。

这里的 **「减」** 是减少问题规模的意思,**「治」** 是解决问题的意思。**「减」****「治」** 结合起来的意思就是 **「排除法解决问题」**。即:**每一次查找,排除掉一定不存在目标元素的区间,在剩下可能存在目标元素的区间中继续查找。**

每一次通过一些条件判断,将待搜索的区间逐渐缩小,以达到「减少问题规模」的目的。而于问题的规模是有限的,经过有限次的查找,最终会查找到目标元素或者查找失败。

## 2. 简单二分查找

下面通过一个简单的例子来讲解下二分查找的思路和代码。

- 题目链接:[704. 二分查找](https://leetcode.cn/problems/binary-search/)

### 2.1 题目大意

**描述**:给定一个升序的数组 $nums$,和一个目标值 $target$。

**要求**:返回 $target$ 在数组中的位置,如果找不到,则返回 $-1$。

**说明**

- 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。

**示例**

```python
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


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
```

### 2.2 解题思路

#### 思路 1:二分查找

1. 设定左右边界为数组两端,即 $left = 0$,$right = len(nums) - 1$,代表待查找区间为 $[left, right]$(左闭右闭区间)。
2. 取两个节点中心位置 $mid$,先比较中心位置值 $nums[mid]$ 与目标值 $target$ 的大小。
1. 如果 $target == nums[mid]$,则返回中心位置。
2. 如果 $target > nums[mid]$,则将左节点设置为 $mid + 1$,然后继续在右区间 $[mid + 1, right]$ 搜索。
3. 如果 $target < nums[mid]$,则将右节点设置为 $mid - 1$,然后继续在左区间 $[left, mid - 1]$ 搜索。
3. 如果左边界大于右边界,查找范围缩小为空,说明目标元素不存在,此时返回 $-1$。

#### 思路 1:代码

```python
class Solution:
def search(self, nums: List[int], target: int) -> int:
left, right = 0, len(nums) - 1

# 在区间 [left, right] 内查找 target
while left <= right:
# 取区间中间节点
mid = (left + right) // 2
# 如果找到目标值,则直接返回中心位置
if nums[mid] == target:
return mid
# 如果 nums[mid] 小于目标值,则在 [mid + 1, right] 中继续搜索
elif nums[mid] < target:
left = mid + 1
# 如果 nums[mid] 大于目标值,则在 [left, mid - 1] 中继续搜索
else:
right = mid - 1
# 未搜索到元素,返回 -1
return -1
```

#### 思路 1:复杂度分析

- **时间复杂度**:$O(\log n)$。
- **空间复杂度**:$O(1)$。

0 comments on commit d47c6ce

Please sign in to comment.