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Java使用二分法进行查找和排序的示例

实现二分法查找

二分法查找,需要数组内是一个有序的序列

二分查找比线性查找:数组的元素数越多,效率提高的越明显

二分查找的效率表示:O(log2N) N在2的M次幂范围,那查找的次数最大就是M,  log2N表示2的M次幂等于N, 省略常数,简写成O(logN)

如有一个200个元素的有序数组,那么二分查找的最大次数:

2^7=128, 2^8=256, 可以看出7次幂达不到200,8次幂包括, 所以最大查找次数就等于8//循环,二分查找

static int binarySearch(int[] array, int data) {int start = 0;int end = array.length - 1;int mid = -1;while (start <= end) {System.out.println("查找次数");mid = (start + end) >>> 1;if (array[mid] < data) {start = mid + 1;} else if (array[mid] > data) {end = mid - 1;} else {return mid;}System.out.println("start=" + start+",end="+end+",mid="+mid);}return -1;}

//递归二分查找 初始start=0, end = array.length - 1 static int binarySearch4Recursion(int[] array, int data, int start, int end) {int mid = -1;System.out.println("查找次数");if (start > end) {return mid;}mid = (start + end) >>> 1;if (array[mid] < data) {return binarySearch4Recursion(array, data, mid + 1, end);} else if (array[mid] > data) {return binarySearch4Recursion(array, data, start, mid - 1);} else {return mid;}

} 二分法插入排序设有一个序列a[0],a[1]...a[n];其中a[i-1]前是已经有序的,当插入时a[i]时,利用二分法搜索a[i]插入的位置

效率:O(N^2),对于初始基本有序的序列,效率上不如直接插入排序;对于随机无序的序列,效率比直接插入排序要高/** 二分(折半)插入排序* 设有一个序列a[0],a[1]...a[n];其中a[i-1]前是已经有序的,当插入时a[i]时,利用二分法搜索a[i]插入的位置*/ public class BinaryInsertSort {

public static void main(String[] args) {int len = 10;int[] ary = new int[len];Random random = new Random();for (int j = 0; j < len; j++) {ary[j] = random.nextInt(1000);}binaryInsert(ary);/** 复杂度分析: 最佳情况,即都已经排好序,则无需右移,此时时间复杂度为:O(n lg n) 最差情况,全部逆序,此时复杂度为O(n^2)* 无法将最差情况的复杂度提升到O(n|logn)。

*/// 打印数组printArray(ary);}/*** 插入排序* @param ary*/ private static void binaryInsert(int[] ary) {int setValueCount = 0;// 从数组第二个元素开始排序,因为第一个元素本身肯定是已经排好序的for (int j = 1; j < ary.length; j++) {// 复杂度 n// 保存当前值int key = ary[j];// ∆ 利用二分查找定位插入位置// int index = binarySearchAsc(ary, ary[j], 0, j - 1);// 复杂度:O(logn)// int index = binarySearchDesc(ary, ary[j], 0, j - 1);// 复杂度:O(logn) int index = binarySearchDesc2(ary, ary[j], 0, j - 1);// 复杂度:O(logn) printArray(ary);System.out.println("第" + j +"个索引上的元素要插入的位置是:" + index);// 将目标插入位置,同时右移目标位置右边的元素for (int i = j; i > index; i--) {// 复杂度,最差情况:(n-1)+(n-2)+...+n/2=O(n^2) ary[i] = ary[i - 1]; //i-1 <==> index setValueCount++;}ary[index] = key;setValueCount++;}System.out.println("\n 设值次数(setValueCount)=====> " + setValueCount);}

/*** 二分查找 升序 递归** @param ary* 给定已排序的待查数组* @param target* 查找目标* @param from* 当前查找的范围起点* @param to* 当前查找的返回终点* @return 返回目标在数组中,按顺序应在的位置*/ private static int binarySearchAsc(int[] ary, int target, int from, int to) {int range = to - from;// 如果范围大于0,即存在两个以上的元素,则继续拆分if (range > 0) {// 选定中间位int mid = (to + from) / 2;// 如果临界位不满足,则继续二分查找if (ary[mid] > target) {/** mid > target, 升序规则,target较小,应交换位置 前置, 即target定位在mid位置上,* 根据 查找思想, 从from到 mid-1认为有序, 所以to=mid-1*/ return binarySearchAsc(ary, target, from, mid - 1);} else {/** mid < target, 升序规则,target较大,不交换位置,查找比较的起始位置应为mid+1*/ return binarySearchAsc(ary, target, mid + 1, to);}} else {if (ary[from] > target) {//如 5,4, 要插入的是4 return from;} else {return from + 1;}}}/*** 二分查找 降序, 递归*/ private static int binarySearchDesc(int[] ary, int target, int from, int to) {int range = to - from;if (range > 0) {int mid = (from + to) >>> 1;if (ary[mid] > target) {return binarySearchDesc(ary, target, mid + 1, to);} else {return binarySearchDesc(ary, target, from, mid - 1);}} else {if (ary[from] > target) {//如 5,4, 要插入的是4 return from + 1;} else {return from;}}}

/*** 二分查找 降序, 非递归*/ private static int binarySearchDesc2(int[] ary, int target, int from, int to) {// while(from < to) {for (; from < to; ) {int mid = (from + to) >>> 1;if (ary[mid] > target) {from = mid + 1;} else {to = mid -1;}}//from <==> to;if (ary[from] > target) {//如 5,4, 要插入的是4 return from + 1;} else {return from;}}

private static void printArray(int[] ary) {for (int i : ary) {System.out.print(i + " ");}}

}打印918 562 442 531 210 216 931 706 333 132 第1个索引上的元素要插入的位置是:1 918 562 442 531 210 216 931 706 333 132 第2个索引上的元素要插入的位置是:2 918 562 442 531 210 216 931 706 333 132 第3个索引上的元素要插入的位置是:2 918 562 531 442 210 216 931 706 333 132 第4个索引上的元素要插入的位置是:4 918 562 531 442 210 216 931 706 333 132 第5个索引上的元素要插入的位置是:4 918 562 531 442 216 210 931 706 333 132 第6个索引上的元素要插入的位置是:0 931 918 562 531 442 216 210 706 333 132 第7个索引上的元素要插入的位置是:2 931 918 706 562 531 442 216 210 333 132 第8个索引上的元素要插入的位置是:6 931 918 706 562 531 442 333 216 210 132 第9个索引上的元素要插入的位置是:9设值次数(setValueCount)=====> 24

931 918 706 562 531 442 333 216 210 132

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