Golang 二分查找

Question

我正在练习面试算法，现在用 Go 进行编码。目的是练习基本的面试算法，以及我的 Go 技能。我正在尝试对数字数组执行二分搜索。

package main

import "fmt"

func main() {
    searchField := []int{2, 5, 8, 12, 16, 23, 38, 56, 72, 91}
    searchNumber := 23

    fmt.Println("Running Program")
    fmt.Println("Searching list of numbers: ", searchField)
    fmt.Println("Searching for number: ", searchNumber)

    numFound := false
    //searchCount not working. Belongs in second returned field
    result, _ := binarySearch2(searchField, len(searchField), searchNumber, numFound)
    fmt.Println("Found! Your number is found in position: ", result)
    //fmt.Println("Your search required ", searchCount, " cycles with the Binary method.")
}

func binarySearch2(a []int, field int, search int, numFound bool) (result int, searchCount int) {
    //searchCount removed for now.
    searchCount, i := 0, 0
    for !numFound {
        searchCount++
        mid := i + (field-i)/2
        if search == a[mid] {
            numFound = true
            result = mid
            return result, searchCount
        } else if search > a[mid] {
            field++
            //i = mid + 1 causes a stack overflow
            return binarySearch2(a, field, search, numFound)
        }
        field = mid
        return binarySearch2(a, field, search, numFound)
    }
    return result, searchCount
}

我遇到的主要问题是：

1）当列表中的数字高于我的中间搜索时，我真的在继续二分搜索，还是已经转向顺序搜索？我该如何解决这个问题？我放置的另一个选项已被注释掉，因为它会导致堆栈溢出。

2）我想添加步数来查看完成搜索需要多少步。也可以与其他搜索方法一起使用。如果我按原样打印搜索计数，它总是显示为 1。这是因为我需要在方法中返回它（因此在标头中调用它）吗？

我了解 Go 有简化此过程的方法。我正在努力增加我的知识和编码技能。感谢您的意见。

Answer 1

您没有正确进行二分搜索。首先，您的

for

循环是无用的，因为条件树中的每个分支都有一个 return 语句，因此它永远不能运行多次迭代。看起来您开始迭代编码，然后切换到递归设置，但只转换了一半。

二分搜索的想法是，你有一个高索引和低索引，并搜索它们之间的中间点。您没有这样做，您只是增加

field

变量并再次尝试（这将导致您搜索每个索引两次，直到您通过运行超过列表末尾来找到该项目或段错误）。不过，在 Go 中，您不需要跟踪高索引和低索引，因为您可以简单地根据需要对搜索字段进行子切片。

这是一个更优雅的递归版本：

func binarySearch(a []int, search int) (result int, searchCount int) {
    mid := len(a) / 2
    switch {
    case len(a) == 0:
        result = -1 // not found
    case a[mid] > search:
        result, searchCount = binarySearch(a[:mid], search)
    case a[mid] < search:
        result, searchCount = binarySearch(a[mid+1:], search)
        if result >= 0 { // if anything but the -1 "not found" result
            result += mid + 1
        }
    default: // a[mid] == search
        result = mid // found
    }
    searchCount++
    return
}

https://play.golang.org/p/UyZ3-14VGB9

Answer 2

func BinarySearch(a []int, x int) int {
    r := -1 // not found
    start := 0
    end := len(a) - 1
    for start <= end {
        mid := (start + end) / 2
        if a[mid] == x {
            r = mid // found
            break
        } else if a[mid] < x {
            start = mid + 1
        } else if a[mid] > x {
            end = mid - 1
        }
    }
    return r
}

Answer 3

偏离主题，但可能会帮助其他人寻找可以登陆这里的简单二分搜索。

github 上有一个通用的二进制搜索模块，因为标准库不提供此通用功能：https://github.com/bbp-brieuc/binarysearch

Answer 4

适用于 GO 1.21

slices.BinarySearch

捆绑在 Go 包中。

package main
import (
    "fmt"
    "slices"
)
func main() {
    searchField := []int{2, 5, 8, 12, 16, 23, 38, 56, 72, 91}
    fmt.Println( slices.BinarySearch(searchField, 5) )
}

也很通用。

通用型版本！ （转1.18）

时间复杂度：log2(n)+1

package main
import "golang.org/x/exp/constraints"

func BinarySearch[T constraints.Ordered](a []T, x T) int {
    start, mid, end := 0, 0, len(a)-1
    for start <= end {
        mid = (start + end) >> 1
        switch {
        case a[mid] > x:
            end = mid - 1
        case a[mid] < x:
            start = mid + 1
        default:
            return mid
        }
    }
    return -1
}

完整版本，带有迭代计数器，位于 playground。

Answer 5

func BinarySearch(array []int, target int) int {
  startIndex := 0
  endIndex := len(array) - 1
  midIndex := len(array) / 2
  for startIndex <= endIndex {

    value := array[midIndex]

    if value == target {
        return midIndex
    }

    if value > target {
        endIndex = midIndex - 1
        midIndex = (startIndex + endIndex) / 2
        continue
    }

    startIndex = midIndex + 1
    midIndex = (startIndex + endIndex) / 2
}

  return -1
}