二分查找很简单,可是对于一个区间长度为n的数组,最大的比较次数为多少呢?
对于标准的二分查找,我们每次从区间[l,r)
中取一个值,和中间值mid=(l+r)>>1
进行比较,然后将数组分为[l,mid) [mid+1,r)
,即每次将区间长度x
变为(x-1)>>1
。最大比较次数显然是我们想要查找的数并不在数组中的时候,这样的话我们需要将区间长度变为0才能结束比较。这样直接分析有些困难,因此我们不妨换一个思路。
如果区间长度为1,显然最多比较1次
区间长度为2,最多比较2次([0,2) -> [0,1) -> [0,0)
)
区间长度为3,最多比较2次([0,3) -> [0,1) [2,3)
)
区间长度为4,最多比较3次([0,4) -> [0,2) -> [0,1)
)
因此我们不难得到规律:
如果最多比较x
次,则区间长度为2^(x-1) ~ 2^x-1
对于区间长度y
,最多比较logy+1
次
我们对上述发现的规律进行归纳证明:
假设对于区间长度为2^(k-1) ~ 2^k-1
的区间,最多比较k
次
则对于区间长度为2^k ~ 2^(k+1)-1
的区间,假设区间长度为x
如果区间长度为奇数,那么第一次比较以后左右两个区间的长度在2^(k-1) ~ 2^k-1
之间,加上第一次比较,最多比较k+1
次
如果区间长度为偶数,那么第一次比较以后较大的区间为长度为偶数的区间,此区间的长度仍然在2^(k-1) ~ 2^k-1
之间,加上第一次比较,最多比较k+1
次
综上对于区间长度为2^(k-1) ~ 2^k-1
的区间,最多比较k
次(k>=1
),即对于区间长度y
,最多比较logy+1
次