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# 分治搜尋策略
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我們已經學過,搜尋演算法分為兩大類。
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- **暴力搜尋**:它透過走訪資料結構實現,時間複雜度為 $O(n)$ 。
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- **自適應搜尋**:它利用特有的資料組織形式或先驗資訊,時間複雜度可達到 $O(\log n)$ 甚至 $O(1)$ 。
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實際上,**時間複雜度為 $O(\log n)$ 的搜尋演算法通常是基於分治策略實現的**,例如二分搜尋和樹。
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- 二分搜尋的每一步都將問題(在陣列中搜索目標元素)分解為一個小問題(在陣列的一半中搜索目標元素),這個過程一直持續到陣列為空或找到目標元素為止。
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- 樹是分治思想的代表,在二元搜尋樹、AVL 樹、堆積等資料結構中,各種操作的時間複雜度皆為 $O(\log n)$ 。
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二分搜尋的分治策略如下所示。
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- **問題可以分解**:二分搜尋遞迴地將原問題(在陣列中進行查詢)分解為子問題(在陣列的一半中進行查詢),這是透過比較中間元素和目標元素來實現的。
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- **子問題是獨立的**:在二分搜尋中,每輪只處理一個子問題,它不受其他子問題的影響。
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- **子問題的解無須合併**:二分搜尋旨在查詢一個特定元素,因此不需要將子問題的解進行合併。當子問題得到解決時,原問題也會同時得到解決。
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分治能夠提升搜尋效率,本質上是因為暴力搜尋每輪只能排除一個選項,**而分治搜尋每輪可以排除一半選項**。
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### 基於分治實現二分搜尋
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在之前的章節中,二分搜尋是基於遞推(迭代)實現的。現在我們基於分治(遞迴)來實現它。
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!!! question
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給定一個長度為 $n$ 的有序陣列 `nums` ,其中所有元素都是唯一的,請查詢元素 `target` 。
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從分治角度,我們將搜尋區間 $[i, j]$ 對應的子問題記為 $f(i, j)$ 。
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以原問題 $f(0, n-1)$ 為起始點,透過以下步驟進行二分搜尋。
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1. 計算搜尋區間 $[i, j]$ 的中點 $m$ ,根據它排除一半搜尋區間。
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2. 遞迴求解規模減小一半的子問題,可能為 $f(i, m-1)$ 或 $f(m+1, j)$ 。
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3. 迴圈第 `1.` 步和第 `2.` 步,直至找到 `target` 或區間為空時返回。
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下圖展示了在陣列中二分搜尋元素 $6$ 的分治過程。
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在實現程式碼中,我們宣告一個遞迴函式 `dfs()` 來求解問題 $f(i, j)$ :
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```src
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[file]{binary_search_recur}-[class]{}-[func]{binary_search}
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```
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