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zh/chapter_searching/binary_search.md
+442 -24
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@@ -54,73 +54,282 @@ comments: true
=== "Python"
```python title="binary_search.py"
[class]{}-[func]{binary_search}
def binary_search(nums: list[int], target: int) -> int:
"""二分查找（双闭区间）"""
# 初始化双闭区间 [0, n-1] ，即 i, j 分别指向数组首元素、尾元素
i, j = 0, len(nums) - 1
# 循环，当搜索区间为空时跳出（当 i > j 时为空）
while i <= j:
# 理论上 Python 的数字可以无限大（取决于内存大小），无须考虑大数越界问题
m = (i + j) // 2 # 计算中点索引 m
if nums[m] < target:
i = m + 1 # 此情况说明 target 在区间 [m+1, j] 中
elif nums[m] > target:
j = m - 1 # 此情况说明 target 在区间 [i, m-1] 中
else:
return m # 找到目标元素，返回其索引
return -1 # 未找到目标元素，返回 -1
```
=== "C++"
```cpp title="binary_search.cpp"
[class]{}-[func]{binarySearch}
/* 二分查找（双闭区间） */
int binarySearch(vector<int> &nums, int target) {
// 初始化双闭区间 [0, n-1] ，即 i, j 分别指向数组首元素、尾元素
int i = 0, j = nums.size() - 1;
// 循环，当搜索区间为空时跳出（当 i > j 时为空）
while (i <= j) {
int m = i + (j - i) / 2; // 计算中点索引 m
if (nums[m] < target) // 此情况说明 target 在区间 [m+1, j] 中
i = m + 1;
else if (nums[m] > target) // 此情况说明 target 在区间 [i, m-1] 中
j = m - 1;
else // 找到目标元素，返回其索引
return m;
}
// 未找到目标元素，返回 -1
return -1;
}
```
=== "Java"
```java title="binary_search.java"
[class]{binary_search}-[func]{binarySearch}
/* 二分查找（双闭区间） */
int binarySearch(int[] nums, int target) {
// 初始化双闭区间 [0, n-1] ，即 i, j 分别指向数组首元素、尾元素
int i = 0, j = nums.length - 1;
// 循环，当搜索区间为空时跳出（当 i > j 时为空）
while (i <= j) {
int m = i + (j - i) / 2; // 计算中点索引 m
if (nums[m] < target) // 此情况说明 target 在区间 [m+1, j] 中
i = m + 1;
else if (nums[m] > target) // 此情况说明 target 在区间 [i, m-1] 中
j = m - 1;
else // 找到目标元素，返回其索引
return m;
}
// 未找到目标元素，返回 -1
return -1;
}
```
=== "C#"
```csharp title="binary_search.cs"
[class]{binary_search}-[func]{binarySearch}
/* 二分查找（双闭区间） */
int binarySearch(int[] nums, int target) {
// 初始化双闭区间 [0, n-1] ，即 i, j 分别指向数组首元素、尾元素
int i = 0, j = nums.Length - 1;
// 循环，当搜索区间为空时跳出（当 i > j 时为空）
while (i <= j) {
int m = i + (j - i) / 2; // 计算中点索引 m
if (nums[m] < target) // 此情况说明 target 在区间 [m+1, j] 中
i = m + 1;
else if (nums[m] > target) // 此情况说明 target 在区间 [i, m-1] 中
j = m - 1;
else // 找到目标元素，返回其索引
return m;
}
// 未找到目标元素，返回 -1
return -1;
}
```
=== "Go"
```go title="binary_search.go"
[class]{}-[func]{binarySearch}
/* 二分查找（双闭区间） */
func binarySearch(nums []int, target int) int {
// 初始化双闭区间 [0, n-1] ，即 i, j 分别指向数组首元素、尾元素
i, j := 0, len(nums)-1
// 循环，当搜索区间为空时跳出（当 i > j 时为空）
for i <= j {
m := i + (j-i)/2 // 计算中点索引 m
if nums[m] < target { // 此情况说明 target 在区间 [m+1, j] 中
i = m + 1
} else if nums[m] > target { // 此情况说明 target 在区间 [i, m-1] 中
j = m - 1
} else { // 找到目标元素，返回其索引
return m
}
}
// 未找到目标元素，返回 -1
return -1
}
```
=== "Swift"
```swift title="binary_search.swift"
[class]{}-[func]{binarySearch}
/* 二分查找（双闭区间） */
func binarySearch(nums: [Int], target: Int) -> Int {
// 初始化双闭区间 [0, n-1] ，即 i, j 分别指向数组首元素、尾元素
var i = 0
var j = nums.count - 1
// 循环，当搜索区间为空时跳出（当 i > j 时为空）
while i <= j {
let m = i + (j - i) / 2 // 计算中点索引 m
if nums[m] < target { // 此情况说明 target 在区间 [m+1, j] 中
i = m + 1
} else if nums[m] > target { // 此情况说明 target 在区间 [i, m-1] 中
j = m - 1
} else { // 找到目标元素，返回其索引
return m
}
}
// 未找到目标元素，返回 -1
return -1
}
```
=== "JS"
```javascript title="binary_search.js"
[class]{}-[func]{binarySearch}
/* 二分查找（双闭区间） */
function binarySearch(nums, target) {
// 初始化双闭区间 [0, n-1] ，即 i, j 分别指向数组首元素、尾元素
let i = 0,
j = nums.length - 1;
// 循环，当搜索区间为空时跳出（当 i > j 时为空）
while (i <= j) {
// 计算中点索引 m ，使用 parseInt() 向下取整
const m = parseInt(i + (j - i) / 2);
if (nums[m] < target)
// 此情况说明 target 在区间 [m+1, j] 中
i = m + 1;
else if (nums[m] > target)
// 此情况说明 target 在区间 [i, m-1] 中
j = m - 1;
else return m; // 找到目标元素，返回其索引
}
// 未找到目标元素，返回 -1
return -1;
}
```
=== "TS"
```typescript title="binary_search.ts"
[class]{}-[func]{binarySearch}
/* 二分查找（双闭区间） */
function binarySearch(nums: number[], target: number): number {
// 初始化双闭区间 [0, n-1] ，即 i, j 分别指向数组首元素、尾元素
let i = 0,
j = nums.length - 1;
// 循环，当搜索区间为空时跳出（当 i > j 时为空）
while (i <= j) {
// 计算中点索引 m
const m = Math.floor(i + (j - i) / 2);
if (nums[m] < target) {
// 此情况说明 target 在区间 [m+1, j] 中
i = m + 1;
} else if (nums[m] > target) {
// 此情况说明 target 在区间 [i, m-1] 中
j = m - 1;
} else {
// 找到目标元素，返回其索引
return m;
}
}
return -1; // 未找到目标元素，返回 -1
}
```
=== "Dart"
```dart title="binary_search.dart"
[class]{}-[func]{binarySearch}
/* 二分查找（双闭区间） */
int binarySearch(List<int> nums, int target) {
// 初始化双闭区间 [0, n-1] ，即 i, j 分别指向数组首元素、尾元素
int i = 0, j = nums.length - 1;
// 循环，当搜索区间为空时跳出（当 i > j 时为空）
while (i <= j) {
int m = i + (j - i) ~/ 2; // 计算中点索引 m
if (nums[m] < target) {
// 此情况说明 target 在区间 [m+1, j] 中
i = m + 1;
} else if (nums[m] > target) {
// 此情况说明 target 在区间 [i, m-1] 中
j = m - 1;
} else {
// 找到目标元素，返回其索引
return m;
}
}
// 未找到目标元素，返回 -1
return -1;
}
```
=== "Rust"
```rust title="binary_search.rs"
[class]{}-[func]{binary_search}
/* 二分查找（双闭区间） */
fn binary_search(nums: &[i32], target: i32) -> i32 {
// 初始化双闭区间 [0, n-1] ，即 i, j 分别指向数组首元素、尾元素
let mut i = 0;
let mut j = nums.len() as i32 - 1;
// 循环，当搜索区间为空时跳出（当 i > j 时为空）
while i <= j {
let m = i + (j - i) / 2; // 计算中点索引 m
if nums[m as usize] < target { // 此情况说明 target 在区间 [m+1, j] 中
i = m + 1;
} else if nums[m as usize] > target { // 此情况说明 target 在区间 [i, m-1] 中
j = m - 1;
} else { // 找到目标元素，返回其索引
return m;
}
}
// 未找到目标元素，返回 -1
return -1;
}
```
=== "C"
```c title="binary_search.c"
[class]{}-[func]{binarySearch}
/* 二分查找（双闭区间） */
int binarySearch(int *nums, int len, int target) {
// 初始化双闭区间 [0, n-1] ，即 i, j 分别指向数组首元素、尾元素
int i = 0, j = len - 1;
// 循环，当搜索区间为空时跳出（当 i > j 时为空）
while (i <= j) {
int m = i + (j - i) / 2; // 计算中点索引 m
if (nums[m] < target) // 此情况说明 target 在区间 [m+1, j] 中
i = m + 1;
else if (nums[m] > target) // 此情况说明 target 在区间 [i, m-1] 中
j = m - 1;
else // 找到目标元素，返回其索引
return m;
}
// 未找到目标元素，返回 -1
return -1;
}
```
=== "Zig"
```zig title="binary_search.zig"
[class]{}-[func]{binarySearch}
// 二分查找（双闭区间）
fn binarySearch(comptime T: type, nums: std.ArrayList(T), target: T) T {
// 初始化双闭区间 [0, n-1] ，即 i, j 分别指向数组首元素、尾元素
var i: usize = 0;
var j: usize = nums.items.len - 1;
// 循环，当搜索区间为空时跳出（当 i > j 时为空）
while (i <= j) {
var m = i + (j - i) / 2; // 计算中点索引 m
if (nums.items[m] < target) { // 此情况说明 target 在区间 [m+1, j] 中
i = m + 1;
} else if (nums.items[m] > target) { // 此情况说明 target 在区间 [i, m-1] 中
j = m - 1;
} else { // 找到目标元素，返回其索引
return @intCast(m);
}
}
// 未找到目标元素，返回 -1
return -1;
}
```
**时间复杂度 $O(\log n)$** ：在二分循环中，区间每轮缩小一半，循环次数为 $\log_2 n$ 。
@@ -136,73 +345,282 @@ comments: true
=== "Python"
```python title="binary_search.py"
[class]{}-[func]{binary_search_lcro}
def binary_search_lcro(nums: list[int], target: int) -> int:
"""二分查找（左闭右开）"""
# 初始化左闭右开 [0, n) ，即 i, j 分别指向数组首元素、尾元素+1
i, j = 0, len(nums)
# 循环，当搜索区间为空时跳出（当 i = j 时为空）
while i < j:
m = (i + j) // 2 # 计算中点索引 m
if nums[m] < target:
i = m + 1 # 此情况说明 target 在区间 [m+1, j) 中
elif nums[m] > target:
j = m # 此情况说明 target 在区间 [i, m) 中
else:
return m # 找到目标元素，返回其索引
return -1 # 未找到目标元素，返回 -1
```
=== "C++"
```cpp title="binary_search.cpp"
[class]{}-[func]{binarySearchLCRO}
/* 二分查找（左闭右开） */
int binarySearchLCRO(vector<int> &nums, int target) {
// 初始化左闭右开 [0, n) ，即 i, j 分别指向数组首元素、尾元素+1
int i = 0, j = nums.size();
// 循环，当搜索区间为空时跳出（当 i = j 时为空）
while (i < j) {
int m = i + (j - i) / 2; // 计算中点索引 m
if (nums[m] < target) // 此情况说明 target 在区间 [m+1, j) 中
i = m + 1;
else if (nums[m] > target) // 此情况说明 target 在区间 [i, m) 中
j = m;
else // 找到目标元素，返回其索引
return m;
}
// 未找到目标元素，返回 -1
return -1;
}
```
=== "Java"
```java title="binary_search.java"
[class]{binary_search}-[func]{binarySearchLCRO}
/* 二分查找（左闭右开） */
int binarySearchLCRO(int[] nums, int target) {
// 初始化左闭右开 [0, n) ，即 i, j 分别指向数组首元素、尾元素+1
int i = 0, j = nums.length;
// 循环，当搜索区间为空时跳出（当 i = j 时为空）
while (i < j) {
int m = i + (j - i) / 2; // 计算中点索引 m
if (nums[m] < target) // 此情况说明 target 在区间 [m+1, j) 中
i = m + 1;
else if (nums[m] > target) // 此情况说明 target 在区间 [i, m) 中
j = m;
else // 找到目标元素，返回其索引
return m;
}
// 未找到目标元素，返回 -1
return -1;
}
```
=== "C#"
```csharp title="binary_search.cs"
[class]{binary_search}-[func]{binarySearchLCRO}
/* 二分查找（左闭右开） */
int binarySearchLCRO(int[] nums, int target) {
// 初始化左闭右开 [0, n) ，即 i, j 分别指向数组首元素、尾元素+1
int i = 0, j = nums.Length;
// 循环，当搜索区间为空时跳出（当 i = j 时为空）
while (i < j) {
int m = i + (j - i) / 2; // 计算中点索引 m
if (nums[m] < target) // 此情况说明 target 在区间 [m+1, j) 中
i = m + 1;
else if (nums[m] > target) // 此情况说明 target 在区间 [i, m) 中
j = m;
else // 找到目标元素，返回其索引
return m;
}
// 未找到目标元素，返回 -1
return -1;
}
```
=== "Go"
```go title="binary_search.go"
[class]{}-[func]{binarySearchLCRO}
/* 二分查找（左闭右开） */
func binarySearchLCRO(nums []int, target int) int {
// 初始化左闭右开 [0, n) ，即 i, j 分别指向数组首元素、尾元素+1
i, j := 0, len(nums)
// 循环，当搜索区间为空时跳出（当 i = j 时为空）
for i < j {
m := i + (j-i)/2 // 计算中点索引 m
if nums[m] < target { // 此情况说明 target 在区间 [m+1, j) 中
i = m + 1
} else if nums[m] > target { // 此情况说明 target 在区间 [i, m) 中
j = m
} else { // 找到目标元素，返回其索引
return m
}
}
// 未找到目标元素，返回 -1
return -1
}
```
=== "Swift"
```swift title="binary_search.swift"
[class]{}-[func]{binarySearchLCRO}
/* 二分查找（左闭右开） */
func binarySearchLCRO(nums: [Int], target: Int) -> Int {
// 初始化左闭右开 [0, n) ，即 i, j 分别指向数组首元素、尾元素+1
var i = 0
var j = nums.count
// 循环，当搜索区间为空时跳出（当 i = j 时为空）
while i < j {
let m = i + (j - i) / 2 // 计算中点索引 m
if nums[m] < target { // 此情况说明 target 在区间 [m+1, j) 中
i = m + 1
} else if nums[m] > target { // 此情况说明 target 在区间 [i, m) 中
j = m
} else { // 找到目标元素，返回其索引
return m
}
}
// 未找到目标元素，返回 -1
return -1
}
```
=== "JS"
```javascript title="binary_search.js"
[class]{}-[func]{binarySearchLCRO}
/* 二分查找（左闭右开） */
function binarySearchLCRO(nums, target) {
// 初始化左闭右开 [0, n) ，即 i, j 分别指向数组首元素、尾元素+1
let i = 0,
j = nums.length;
// 循环，当搜索区间为空时跳出（当 i = j 时为空）
while (i < j) {
// 计算中点索引 m ，使用 parseInt() 向下取整
const m = parseInt(i + (j - i) / 2);
if (nums[m] < target)
// 此情况说明 target 在区间 [m+1, j) 中
i = m + 1;
else if (nums[m] > target)
// 此情况说明 target 在区间 [i, m) 中
j = m;
// 找到目标元素，返回其索引
else return m;
}
// 未找到目标元素，返回 -1
return -1;
}
```
=== "TS"
```typescript title="binary_search.ts"
[class]{}-[func]{binarySearchLCRO}
/* 二分查找（左闭右开） */
function binarySearchLCRO(nums: number[], target: number): number {
// 初始化左闭右开 [0, n) ，即 i, j 分别指向数组首元素、尾元素+1
let i = 0,
j = nums.length;
// 循环，当搜索区间为空时跳出（当 i = j 时为空）
while (i < j) {
// 计算中点索引 m
const m = Math.floor(i + (j - i) / 2);
if (nums[m] < target) {
// 此情况说明 target 在区间 [m+1, j) 中
i = m + 1;
} else if (nums[m] > target) {
// 此情况说明 target 在区间 [i, m) 中
j = m;
} else {
// 找到目标元素，返回其索引
return m;
}
}
return -1; // 未找到目标元素，返回 -1
}
```
=== "Dart"
```dart title="binary_search.dart"
[class]{}-[func]{binarySearchLCRO}
/* 二分查找（左闭右开区间） */
int binarySearchLCRO(List<int> nums, int target) {
// 初始化左闭右开 [0, n) ，即 i, j 分别指向数组首元素、尾元素+1
int i = 0, j = nums.length;
// 循环，当搜索区间为空时跳出（当 i = j 时为空）
while (i < j) {
int m = i + (j - i) ~/ 2; // 计算中点索引 m
if (nums[m] < target) {
// 此情况说明 target 在区间 [m+1, j) 中
i = m + 1;
} else if (nums[m] > target) {
// 此情况说明 target 在区间 [i, m) 中
j = m;
} else {
// 找到目标元素，返回其索引
return m;
}
}
// 未找到目标元素，返回 -1
return -1;
}
```
=== "Rust"
```rust title="binary_search.rs"
[class]{}-[func]{binary_search_lcro}
/* 二分查找（左闭右开） */
fn binary_search_lcro(nums: &[i32], target: i32) -> i32 {
// 初始化左闭右开 [0, n) ，即 i, j 分别指向数组首元素、尾元素+1
let mut i = 0;
let mut j = nums.len() as i32;
// 循环，当搜索区间为空时跳出（当 i = j 时为空）
while i < j {
let m = i + (j - i) / 2; // 计算中点索引 m
if nums[m as usize] < target { // 此情况说明 target 在区间 [m+1, j) 中
i = m + 1;
} else if nums[m as usize] > target { // 此情况说明 target 在区间 [i, m) 中
j = m - 1;
} else { // 找到目标元素，返回其索引
return m;
}
}
// 未找到目标元素，返回 -1
return -1;
}
```
=== "C"
```c title="binary_search.c"
[class]{}-[func]{binarySearchLCRO}
/* 二分查找（左闭右开） */
int binarySearchLCRO(int *nums, int len, int target) {
// 初始化左闭右开 [0, n) ，即 i, j 分别指向数组首元素、尾元素+1
int i = 0, j = len;
// 循环，当搜索区间为空时跳出（当 i = j 时为空）
while (i < j) {
int m = i + (j - i) / 2; // 计算中点索引 m
if (nums[m] < target) // 此情况说明 target 在区间 [m+1, j) 中
i = m + 1;
else if (nums[m] > target) // 此情况说明 target 在区间 [i, m) 中
j = m;
else // 找到目标元素，返回其索引
return m;
}
// 未找到目标元素，返回 -1
return -1;
}
```
=== "Zig"
```zig title="binary_search.zig"
[class]{}-[func]{binarySearchLCRO}
// 二分查找（左闭右开）
fn binarySearchLCRO(comptime T: type, nums: std.ArrayList(T), target: T) T {
// 初始化左闭右开 [0, n) ，即 i, j 分别指向数组首元素、尾元素+1
var i: usize = 0;
var j: usize = nums.items.len;
// 循环，当搜索区间为空时跳出（当 i = j 时为空）
while (i <= j) {
var m = i + (j - i) / 2; // 计算中点索引 m
if (nums.items[m] < target) { // 此情况说明 target 在区间 [m+1, j) 中
i = m + 1;
} else if (nums.items[m] > target) { // 此情况说明 target 在区间 [i, m) 中
j = m;
} else { // 找到目标元素，返回其索引
return @intCast(m);
}
}
// 未找到目标元素，返回 -1
return -1;
}
```
如图 10-3 所示，在两种区间表示下，二分查找算法的初始化、循环条件和缩小区间操作皆有所不同。