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This commit is contained in:
@@ -2387,13 +2387,6 @@
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<li class="md-nav__item">
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<a href="#_1" class="md-nav__link">
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基于分治的搜索算法
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<a href="#_2" class="md-nav__link">
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基于分治实现二分
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基于分治的搜索算法
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基于分治实现二分
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<h1 id="122">12.2. 分治搜索策略<a class="headerlink" href="#122" title="Permanent link">¶</a></h1>
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<p>我们已经学过,搜索算法分为两大类:暴力搜索、自适应搜索。暴力搜索的时间复杂度为 <span class="arithmatex">\(O(n)\)</span> 。自适应搜索利用特有的数据组织形式或先验信息,可达到 <span class="arithmatex">\(O(\log n)\)</span> 甚至 <span class="arithmatex">\(O(1)\)</span> 的时间复杂度。</p>
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<h3 id="_1">基于分治的搜索算法<a class="headerlink" href="#_1" title="Permanent link">¶</a></h3>
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<p>实际上,<strong><span class="arithmatex">\(O(\log n)\)</span> 的搜索算法通常都是基于分治策略实现的</strong>,例如:</p>
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<p>我们已经学过,搜索算法分为两大类:</p>
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<ul>
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<li><strong>暴力搜索</strong>:它通过遍历数据结构实现,时间复杂度为 <span class="arithmatex">\(O(n)\)</span> 。</li>
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<li><strong>自适应搜索</strong>:它利用特有的数据组织形式或先验信息,可达到 <span class="arithmatex">\(O(\log n)\)</span> 甚至 <span class="arithmatex">\(O(1)\)</span> 的时间复杂度。</li>
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</ul>
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<p>实际上,<strong>时间复杂度为 <span class="arithmatex">\(O(\log n)\)</span> 的搜索算法通常都是基于分治策略实现的</strong>,例如:</p>
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<ul>
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<li>二分查找的每一步都将问题(在数组中搜索目标元素)分解为一个小问题(在数组的一半中搜索目标元素),这个过程一直持续到数组为空或找到目标元素为止。</li>
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<li>树是分治关系的代表,在二叉搜索树、AVL 树、堆等数据结构中,各种操作的时间复杂度皆为 <span class="arithmatex">\(O(\log n)\)</span> 。</li>
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</ul>
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<p>分治之所以能够提升搜索效率,是因为暴力搜索每轮只能排除一个选项,<strong>而基于分治的搜索每轮可以排除一半选项</strong>。</p>
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<h3 id="_2">基于分治实现二分<a class="headerlink" href="#_2" title="Permanent link">¶</a></h3>
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<p>接下来,我们尝试从分治策略的角度分析二分查找的性质:</p>
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<p>以二分查找为例:</p>
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<ul>
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<li><strong>问题可以被分解</strong>:二分查找递归地将原问题(在数组中进行查找)分解为子问题(在数组的一半中进行查找),这是通过比较中间元素和目标元素来实现的。</li>
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<li><strong>子问题是独立的</strong>:在二分查找中,每轮只处理一个子问题,它不受另外子问题的影响。</li>
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<li><strong>子问题的解无需合并</strong>:二分查找旨在查找一个特定元素,因此不需要将子问题的解进行合并。当子问题得到解决时,原问题也会同时得到解决。</li>
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</ul>
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<p>在之前章节中,我们基于递推(迭代)实现二分查找。现在,我们尝试基于递归分治来实现它。</p>
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<p>问题定义为:<strong>在数组 <code>nums</code> 的区间 <span class="arithmatex">\([i, j]\)</span> 内查找元素 <code>target</code></strong> ,记为 <span class="arithmatex">\(f(i, j)\)</span> 。</p>
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<p>设数组长度为 <span class="arithmatex">\(n\)</span> ,则二分查找的流程为:从原问题 <span class="arithmatex">\(f(0, n-1)\)</span> 开始,每轮排除一半索引区间,递归求解规模减小一半的子问题,直至找到 <code>target</code> 或区间为空时返回。</p>
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<p>下图展示了在数组中二分查找目标元素 <span class="arithmatex">\(6\)</span> 的分治过程。</p>
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<p>分治能够提升搜索效率,本质上是因为暴力搜索每轮只能排除一个选项,<strong>而分治搜索每轮可以排除一半选项</strong>。</p>
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<h3 id="_1">基于分治实现二分<a class="headerlink" href="#_1" title="Permanent link">¶</a></h3>
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<p>在之前的章节中,二分查找是基于递推(迭代)实现的。现在我们基于分治(递归)来实现它。</p>
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<div class="admonition question">
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<p class="admonition-title">Question</p>
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<p>给定一个长度为 <span class="arithmatex">\(n\)</span> 的有序数组 <code>nums</code> ,数组中所有元素都是唯一的,请查找元素 <code>target</code> 。</p>
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</div>
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<p>从分治角度,我们将搜索区间 <span class="arithmatex">\([i, j]\)</span> 对应的子问题记为 <span class="arithmatex">\(f(i, j)\)</span> 。</p>
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<p>从原问题 <span class="arithmatex">\(f(0, n-1)\)</span> 为起始点,二分查找的分治步骤为:</p>
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<ol>
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<li>计算搜索区间 <span class="arithmatex">\([i, j]\)</span> 的中点 <span class="arithmatex">\(m\)</span> ,根据它排除一半搜索区间;</li>
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<li>递归求解规模减小一半的子问题,可能为 <span class="arithmatex">\(f(i, m-1)\)</span> 或 <span class="arithmatex">\(f(m+1, j)\)</span> ;</li>
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<li>循环第 <code>1.</code> , <code>2.</code> 步,直至找到 <code>target</code> 或区间为空时返回。</li>
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</ol>
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<p>下图展示了在数组中二分查找元素 <span class="arithmatex">\(6\)</span> 的分治过程。</p>
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<p><img alt="二分查找的分治过程" src="../binary_search_recur.assets/binary_search_recur.png" /></p>
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<p align="center"> Fig. 二分查找的分治过程 </p>
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<p>如下代码所示,我们声明一个递归函数 <code>dfs()</code> 来求解问题 <span class="arithmatex">\(f(i, j)\)</span> 。</p>
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<p>在实现代码中,我们声明一个递归函数 <code>dfs()</code> 来求解问题 <span class="arithmatex">\(f(i, j)\)</span> 。</p>
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<div class="tabbed-set tabbed-alternate" data-tabs="1:11"><input checked="checked" id="__tabbed_1_1" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_2" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_3" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_4" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_5" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_6" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_7" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_8" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_9" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_10" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_11" name="__tabbed_1" type="radio" /><div class="tabbed-labels"><label for="__tabbed_1_1">Java</label><label for="__tabbed_1_2">C++</label><label for="__tabbed_1_3">Python</label><label for="__tabbed_1_4">Go</label><label for="__tabbed_1_5">JavaScript</label><label for="__tabbed_1_6">TypeScript</label><label for="__tabbed_1_7">C</label><label for="__tabbed_1_8">C#</label><label for="__tabbed_1_9">Swift</label><label for="__tabbed_1_10">Zig</label><label for="__tabbed_1_11">Dart</label></div>
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