Java数据结构与算法——查找篇

书读的越多而不加思考,你就会觉得你知道得很多;而当你读书而思考得越多的时候,你就会越清楚地看到,你知道得很少。

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Java数据结构与算法: https://blog.csdn.net/weixin_46822367/article/details/115478461?spm=1001.2014.3001.5502.

1、线性查找

package com.lyp.search;

public class SeqSearch {

	public static void main(String[] args) {

		int arr[] = {1,9,11,-1,34,89};//没有顺序的数组
		int index = seqSearch(arr,11);
		if(index == -1) {
			System.out.println("没有找到");
		}else {
			System.out.println("已找到,下标为:"+index);
		}
	}

	public static int seqSearch(int[] arr, int value) {
		//线性查找是逐一比对,发现相同的就返回下标
		for(int i = 0; i < arr.length; i++) {
			if(value == arr[i]) {
				return i;
			}
		}
		return -1;
	}
}

2、二分查找

package com.lyp.search;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class BinarySearch {

	public static void main(String[] args) {
		int arr[] = {1,2,3,4,5,6,6,6,7};
		
		List<Integer> resIndexList = binarySearch2(arr,0,arr.length - 1,6);
		System.out.println("resIndexList="+resIndexList);
		//int index = binarySearch(arr,0,arr.length-1,5);
		//System.out.println("Index="+index);
	}

	//二分查找算法
	/**
	 * 
	 * @param arr 数组
	 * @param left 左边的索引
	 * @param right 右边的索引
	 * @param findVal 要查找的值
	 * @return
	 */
		public static int binarySearch(int[] arr,int left, int right, int findVal) {
		//当 left > right 时,说明递归整个数组,但是没有找到
		if(left > right) {
			return -1;
		}
		int mid = (left + right) / 2;
		if(findVal > arr[mid]) {//向右递归
			return binarySearch(arr,mid + 1,right,findVal);
		} else if(findVal < arr[mid]) {//向左递归
			return binarySearch(arr,left,mid - 1,findVal);
		} else  {
			return mid;
		}
	}
		
	public static List<Integer> binarySearch2(int[] arr,int left, int right, int findVal) {
		//当 left > right 时,说明递归整个数组,但是没有找到
		if(left > right) {
			return new ArrayList<Integer>();
		}
		int mid = (left + right) / 2;
		if(findVal > arr[mid]) {//向右递归
			return binarySearch2(arr,mid + 1,right,findVal);
		} else if(findVal < arr[mid]) {//向左递归
			return binarySearch2(arr,left,mid - 1,findVal);
		} else  {
			//思路分析
			//1.找到 mid 索引值,不能马上返回
			//2.向mid 索引值的左边扫描,将所有要查找的元素的下标添加到集合List
			//3.向mid 索引值的左边扫描,将所有要查找的元素的下标添加到集合List
			//4. 将ArrayList返回
			
			List<Integer> resIndexList = new ArrayList<Integer>();
			//向mid 索引值的左边扫描
			int temp = mid - 1;
			while(true) {
				if(temp < 0 || arr[temp] != findVal) {//退出
					break;
				}
				//否则,放入 resIndexList
				resIndexList.add(temp);
				temp -= 1;
			}
			resIndexList.add(mid);//将mid的下标添加到集合中
			
			//向mid 索引值的右边扫描
			temp = mid + 1;
			while(true) {
				if(temp > arr.length - 1 || arr[temp] != findVal) {
					break;
				}
				//否则,放入 resIndexList
				resIndexList.add(temp);
				temp += 1;
			}
			return resIndexList;
			
		}
	}
}

3、插值查找

package com.lyp.search;

import java.util.Arrays;

public class InsertValueSearch {

	public static void main(String[] args) {
		int[] arr = new int[100];
		for(int i = 0; i < 100; i++) {
			arr[i] = i + 1;
		}
		
		//System.out.println(Arrays.toString(arr));
		int resIndex = insertValueSearch(arr,0,arr.length - 1,50);
		System.out.println("resIndex="+resIndex);
		
	}
	
	//编写插值查找算法
	//差值查找算法也要求数组是有序的
	
	/**
	 * 
	 * @param arr 数组
	 * @param left 左边索引
	 * @param right 右边索引
	 * @param findVal 查找值
	 * @return 如果找到,就返回对应的下标,如果没有找到,就返回-1
	 */
	public static int insertValueSearch(int[] arr, int left, int right, int findVal) {
		//注意:findVal < arr[0] 和 findVal > arr[arr.length - 1] 必须需要
		//否则得到的mid 可能越界
		if(left > right || findVal < arr[0] || findVal > arr[arr.length - 1]) {
			return -1;
		}
		//求出mid,自适应
		int mid = left + (right - left) * (findVal - arr[left]) / (arr[right] - arr[left]);
		
		if(findVal > arr[mid]) {
			return insertValueSearch(arr,mid + 1,right,findVal);
		}
		if(findVal < arr[mid]) {
			return insertValueSearch(arr,left,mid - 1,findVal);
		} else {
			return mid;
		}
	}
}

4、斐波那契查找

package com.lyp.search;

import java.util.Arrays;

public class FibonacciSearch {
	public static int maxSize = 20;
	public static void main(String[] args) {
		int[] arr = {1,8,10,89,1000,1234};
		
		System.out.println("index="+fibSearch(arr,1234));
	}

	//非递归方式的到一个斐波那契数列
	public static int[] fib() {
		int[] f = new int[maxSize];
		f[0] = 1;
		f[1] = 1;
		for(int i = 2; i < maxSize; i++) {
			f[i] = f[i - 1] + f[i - 2];
		}
		return f;
	}
	
	//编写斐波那契查找算法
	//使用非递归的方式编写算法
	/**
	 * 
	 * @param a 数组
	 * @param Key 需要查找的关键码(值)
	 * @return 返回对应的下标,如果没有返回 -1
	 */
	public static int fibSearch(int[] a, int Key) {
		int low = 0;
		int high = a.length - 1;
		int k = 0;//表示斐波那契分割数值的下标
		int mid = 0;//存放mid值
		int f[] = fib();//获取到斐波那契数列
		//获取斐波那契分割数值的下标
		while(high > f[k] - 1) {
			k++;
		}
		//因为f[k] 值 可能大于 a 的长度,因此我们需要使用Arrays类,构造一个新的数组,并指向temp[]
		//不足的部分会使用0填充
		int[] temp = Arrays.copyOf(a, f[k]);
		//实际上需要使用a数组最后的数填充 temp
		//举例:
		//temp = {1,8,10,89,1000,1234,0,0} => {1,8,10,89,1000,1234,1234,1234}
		for(int i = high + 1; i < temp.length; i++) {
			temp[i] = a[high];
		}
		
		//使用while来循环处理,找到我们的数key
		while(low <= high) {//只要这个条件满足,就可以找
			mid = low + f[k - 1] - 1;
			if(Key < temp[mid]) {//继续向数组的前面查找(左边)
				high = mid - 1;
				//为什么是k--
				//1.全部元素 = 前面的元素 + 后边元素
				//2.f[k] = f[k-1] + f[k-2]
				//因为 前面有 f[k-1]个元素,所以可以继续拆分 f[k-1] = f[k-2] + f[k-3]
				//即 在f[k-1] 的前面继续查找 k--
				//即 下次循环 mid = f[k-1-1]-1
				k--;
			} else if(Key > temp[mid]) {//继续向数组的后面查找(右边)
				low = mid + 1;
				//为什么是k -= 2
				//1.全部元素 = 前面的元素 + 后边元素
				//2.f[k] = f[k-1] + f[k-2]
				//3.因为后面我们有f[k-2] 所以可以继续拆分 f[k-1] = f[k-3] + f[k-4]
				//4.即在 f[k-2] 的前面继续查找 k -= 2
				//5.即 下次循环 mid = f[k-1-2]-1
				k -= 2;
			} else {//找到
				//需要确定,返回的是哪个下标
				if(mid <= high) {
					return mid;
				} else {
					return high;
				}
			}
		}
		return -1;
	}
}

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