feat: Revised the book (#978)

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Yudong Jin
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# 二分查找
「二分查找 binary search」是一种基于分治策略的高效搜索算法。它利用数据的有序性,每轮减少一半搜索范围,直至找到目标元素或搜索区间为空为止。
「二分查找 binary search」是一种基于分治策略的高效搜索算法。它利用数据的有序性,每轮缩小一半搜索范围,直至找到目标元素或搜索区间为空为止。
!!! question
给定一个长度为 $n$ 的数组 `nums` ,元素按从小到大的顺序排列,数组不包含重复元素。请查找并返回元素 `target` 在该数组中的索引。若数组不包含该元素,则返回 $-1$ 。
给定一个长度为 $n$ 的数组 `nums` ,元素按从小到大的顺序排列且不重复。请查找并返回元素 `target` 在该数组中的索引。若数组不包含该元素,则返回 $-1$ 。示例如下图所示。
![二分查找示例数据](binary_search.assets/binary_search_example.png)
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值得注意的是,由于 $i$ 和 $j$ 都是 `int` 类型,**因此 $i + j$ 可能会超出 `int` 类型的取值范围**。为了避免大数越界,我们通常采用公式 $m = \lfloor {i + (j - i) / 2} \rfloor$ 来计算中点。
代码如下所示:
```src
[file]{binary_search}-[class]{}-[func]{binary_search}
```
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## 区间表示方法
除了上述双闭区间外,常见的区间表示还有“左闭右开”区间,定义为 $[0, n)$ ,即左边界包含自身,右边界不包含自身。在该表示下,区间 $[i, j]$ 在 $i = j$ 时为空。
除了上述双闭区间外,常见的区间表示还有“左闭右开”区间,定义为 $[0, n)$ ,即左边界包含自身,右边界不包含自身。在该表示下,区间 $[i, j]$ 在 $i = j$ 时为空。
我们可以基于该表示实现具有相同功能的二分查找算法
我们可以基于该表示实现具有相同功能的二分查找算法
```src
[file]{binary_search}-[class]{}-[func]{binary_search_lcro}
@@ -63,7 +65,7 @@
如下图所示,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。
由于“双闭区间”表示中的左右边界都被定义为闭区间,因此指针 $i$ 和 $j$ 缩小区间操作也是对称的。这样更不容易出错,**因此一般建议采用“双闭区间”的写法**。
由于“双闭区间”表示中的左右边界都被定义为闭区间,因此通过指针 $i$ 和指针 $j$ 缩小区间操作也是对称的。这样更不容易出错,**因此一般建议采用“双闭区间”的写法**。
![两种区间定义](binary_search.assets/binary_search_ranges.png)
@@ -78,4 +80,4 @@
- 二分查找仅适用于有序数据。若输入数据无序,为了使用二分查找而专门进行排序,得不偿失。因为排序算法的时间复杂度通常为 $O(n \log n)$ ,比线性查找和二分查找都更高。对于频繁插入元素的场景,为保持数组有序性,需要将元素插入到特定位置,时间复杂度为 $O(n)$ ,也是非常昂贵的。
- 二分查找仅适用于数组。二分查找需要跳跃式(非连续地)访问元素,而在链表中执行跳跃式访问的效率较低,因此不适合应用在链表或基于链表实现的数据结构。
- 小数据量下,线性查找性能更佳。在线性查找中,每轮只需 1 次判断操作;而在二分查找中,需要 1 次加法、1 次除法、1 ~ 3 次判断操作、1 次加法(减法),共 4 ~ 6 个单元操作;因此,当数据量 $n$ 较小时,线性查找反而比二分查找更快。
- 小数据量下,线性查找性能更佳。在线性查找中,每轮只需 1 次判断操作;而在二分查找中,需要 1 次加法、1 次除法、1 ~ 3 次判断操作、1 次加法(减法),共 4 ~ 6 个单元操作;因此,当数据量 $n$ 较小时,线性查找反而比二分查找更快。