算法——二分查找

算法是什么?在这里参考一下维基的定义。

在数学和计算机科学/算学之中,算法/演算法/算则法(Algorithm)为一个计算的具体步骤,常用于计算、数据处理和自动推理。精确而言,算法是一个表示为有限长列表的有效方法。算法应包含清晰定义的指令用于计算函数。算法中的指令描述的是一个计算,当其运行时能从一个初始状态和初始输入(可能为空)开始,经过一系列有限而清晰定义的状态最终产生输出并停止于一个终态。一个状态到另一个状态的转移不一定是确定的。随机化算法在内的一些算法,包含了一些随机输入。

对于不了解的人来说,算法是一个黑盒子,输入一个东西会神奇的转变为另一个东西;而这个名为算法的盒子里装的是精密制作的转化工具,有一组完成任务的指令构成,只不过这些指令不是随意拼凑的,而是需要符合某些规则进行特意的设置,我们学习算法要学习的就是某些规则。

今天要说的是一种很基本的查找方法,二分查找,很基本,但是在很多时候也是非常好用的。

二分查找有特殊的使用场景,查找的数据是有序的(不管是数字有序还是字母,只要是有序的就行)。

打个比方,你想知道德玛西亚排位分派在第152454名的是谁?这时候你应该怎么去查找呢?

最简单的方法,直接找到,第152454名看一下是谁。

哈哈,上面扯个淡,大多数情况下我们不方便直接看数据库里面的数据,所以很多时候需要用程序查找,找到之后返回我们第152454名对应的ID,这时候我们就可以用到二分查找了。

不用二分查找可以吗?可以啊,你可以从1开始查,一直查大152454,但是这样的效率低下,数据量小无所谓,数据量大,步骤会很多。那么用二分查找怎么查呢?

我们用一个小一点数据量的例子说明一下,0--99,100个数,我们要找到98,怎么做呢?二分,顾名思义,一分为二,先拿出来50和要查找的98比较,发现下了,可以排除掉0--50了;再拿出来75和98比较,发现又下了,排除51--75;依次,最后圈定98的范围。

时间复杂度,其实就是运行时间,优秀的算法就是效率最高的算法,能够最大限度的减少运行时间或者占用空间。

回到前面的二分查找。使用它可节省多少时间呢?简单查找逐个地检查数字,如果列表包含100个数字,最多需要猜100次。如果列表包含40亿个数字,最多需要猜40亿次。换言之,最多需要猜测的次数与列表长度相同,这被称为线性时间(linear time)。
二分查找则不同。如果列表包含100个元素,最多要猜7次;如果列表包含40亿个数字,最多需猜32次。厉害吧?二分查找的运行时间为对数时间(或log时间)。

在看算法的时候我们经常看到一个大写的O,后面会跟着log或者别的东西,这个O是一种表示法,用来表示算法的性能,算法有多快。简单查找的速度是O(n),二分查找是O(log n)。

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