如何使用二分查找提升数组的检索效率?

简介: 二分查找通过将有序数组不断折半,快速缩小搜索范围,使查找效率达O(log n)。适用于大规模有序数据,显著优于遍历的O(n),是高效检索的核心算法之一。

如何使用二分查找提升数组的检索效率?

首先,如果数据是无序存储的话,无论是数组还是链表,想要查找一个指定元素是否存在,在缺乏数据分布信息的情况下,我们只能从头到尾遍历一遍,才能知道其是否存在。这样的检索效率就是 O(n)。当然,如果数据集不大的话,其实直接遍历就可以了。但如果数据集规模较大的话,我们就需要考虑更高效的检索方式。

对于规模较大的数据集,我们往往是先将它通过排序算法转为有序的数据集,然后通过一些检索算法,比如 二分查找算法 来完成高效的检索。

二分查找也叫折半查找,它的思路很直观,就是将有序数组二分为左右两个部分,通过只在半边进行查找来提升检索效率。那二分查找具体是怎么实现的呢?让我们一起来看看具体的实现步骤。

我们首先会从中间的元素查起,这就会有三种查询结果。

第一种,是中间元素的值等于我们要查询的值。也就是,查到了,那直接返回即可。

如果中间元素的值小于我们想查询的值,那接下来该怎么查呢?这就是第二种情况了。数组是有序的,所以我们以中间元素为分隔,左半边的数组元素一定都小于中间元素,也就是小于我们想查询的值。因此,我们想查询的值只可能存在于右半边的数组中。

对于右半边的数组,我们还是可以继续使用二分查找的思路,再从它的中间查起,重复上面的过程。这样不停地「二分」下去,每次的检索空间都能减少一半,整体的平均查询效率就是 O(log n),远远小于遍历整个数组的代价 O(n)。

同理,对于第三种情况,如果中间元素的值大于我们想查询的值,那么我们就只在左边的数组元素查找即可。

由此可见,合理地组织数据的存储可以提高检索效率。检索的核心思路,其实就是通过合理组织数据,尽可能地快速减少查询范围。在专栏后面的章节中,我们会看到更多的检索算法和技术,其实它们的本质都是通过灵活应用各种数据结构的特点来组织数据,从而达到快速减少查询范围的目的。

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