二分查找思想以及模版的套用
第一周——二分查找(主要教会你如何使用二分查找的模版)
- 二分法的基本思想:
- 适用二分法题目所具有的特点:
- 二分法的两种模版是针对于下面这两种情况的:
- 模版一:当要二分的答案在绿色的区间段的时候:
- 模版二:当要二分的答案在红色的区间段的时候:
- 为什么模版二在计算mid的时候多加了1?
- 总结:
二分法的基本思想:
二分法的思想是非常简单的,但是存在着一定的问题,也就是边界问题。二分法,首先要确定答案一定在一个L——R的范围之中,通过枚举中间的位置,确定答案一定在左右两段区间中的某一边,然后通过删掉其中的一边,答案的范围就缩小为原来的一半。
适用二分法题目所具有的特点:
- 70% 的二分法的题目都和单调性有关系(题目中告诉我们某种性质是单调的)。也就是说单调性和二分法没有直接的关系:有单调性的题目基本上都可以利用二分法,但是可以用二分法的题目不一定非得有单调性。
- 95% 的可以用二分法的题目有一个本质的性质:存在两段性的性质;在这个区间里面,一个性质在其中的一段上面是成立的,在另一段上面是不成立的。
- 剩下的5%的可以用二分法来做的题目是没有规律可言的。
二分法的两种模版是针对于下面这两种情况的:
看到这个上面的图的时候,需要注意理解一下几个点:
- A这个点是满足红色性质的最后一个点(整数二分的话,就代表一个数值);B这个点是满足绿色性质的第一个点
- L、M、R 分别表示开始、中间和结束点
模版一:当要二分的答案在绿色的区间段的时候:
首先,我们二分绿色上的 B 这个点,那么就有以下几种情况了:
① if M 是绿色的,而我们想要的点 B 在 M 的左侧(这个地方直接看图去理解比较好),所以区间由 [ L——R ] 变成了 [ L——M ] ,并且这个 M 是包含的;② else M 是红色的,区间 [ L——R ] 变成 [ M+1——R ] ,这个对应着模版一:
int bsearch_1(int l, int r)
{while(l < r){int mid = l + r >> 1;//可以写成 mid = (l + r + ) >> 1if (check(mid)) r = mid;else l = mid + 1;}return 1;
}
模版二:当要二分的答案在红色的区间段的时候:
首先,我们二分红色上的 A 这个点,那么就有以下几种情况了:
① if M 是红色的,而我们想要的点 A 在 M 的右侧(这个地方直接看图去理解比较好),所以区间由 [ L——R ] 变成了 [ M——R ] ,并且这个 M 是包含的;② else M 是绿色的,要找的点在M的左侧,并且M肯定不是我们要找的点,区间 [ L——R ] 变成 [ L——M-1 ] ,这个对应着模版二:
int bsearch_2(int l, int r)
{while(l < r){int mid = l + r + 1 >> 1;//可以写成 mid = (l + r + 1) >> 1if (check(mid)) l = mid;else r = mid - 1;}return l;
}
模版一和模版二唯一的一个区别是,模版一在计算中间点的时候是下取整,模版二在计算中间结点的时候是上取整,两个模版都少了一个括号,这里存在着一个C++的一个语法:+的优先级比右移的优先级运算要高。
为什么模版二在计算mid的时候多加了1?
现在来讲一个,为什么我们在计算模版二的时候需要啥进行上取整?也就是上面要进行一个加 1 的操作,是因为我们的更新方式所决定的,要考虑边界情况。首先是,假设 L=R-1 ,那么我们在计算中间结点的时候:M = L+R,除以2之后下取整,即等于 L,如下:
即看看我们之前的假设,假设M是红颜色的,那么更新的时候应该是[L,R]->[M,R],而在刚刚没有进行上取整(也就是说没有进行加1操作之后),这个区间更新之后是没有变化的,所以说,这里是要进行上取整。
总结:
Tip:与 M 相关的三个点,总是先赋值给那个小的,但是赋值给 L 还是 R,在模版一中(绿色),往前走,R被先赋值;在模版的二中(红色),往后走,L被先赋值。
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