java8 stream 找出对象属性值最大值

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数据探索家 2024-11-17 07:15:21

文章标签 java c++ 二分法折半查找快速查找元素 文章分类 Java 后端开发

Java和c++中二分法查找数组元素的实现机制

在数据结构和算法中，我们会见到二分法查找数组元素这个经典的算法。事实上，二分法也称为折半查找法。该算法的主要机制是：
**（1）**先将数组元素从小到大排列（或者从大到小排列，下面算法是基于小到大排序）
**（2）**有一维数组arr1D[len]，len为数组的长度，首先定义int low =0，int high = len;确定该数组区间的中间位置int mid= (low+high)/2,将查找的值key与arr1D[mid]比较。若相等，查找成功返回此位置的mid；否则确定新的查找区域，继续新二分查找。新的区域可用如下的算法进行：
在low<=high时开始二分寻找，当 arr1D[mid]>key时，由数组的有序性可知arr1D[i,i+1,……,high]>key,所以key的值只能在新的区间arr1D[low,……，mid-1]中，此时 low 不变，high更新为 high=mid-1；
当arr1D[mid]<key时，类似上面新的查找区间为arr1D[mid+1,……，high]，此时high不变，low更新为low=mid+1。
每找到新的区间后，mid更新为mid= (low+high)/2 ,将查找的值key与arr1D[mid]比较，若相等，查找成功返回此位置的mid；若不相等，则当前查找区间将缩小一半，递归继续查找,直到low>high结束查找，,这时若是未找到与key相等的arr1D[mid]，则说明该数组没有key这个元素。
（3） 该算法的时间复杂度为:O(log2n)。

例如给出数组：arr1D={1,13,11,6,4,9};
 首先将数组从小到大排序： arr1D ={ 1,4,6,9,11,13}
 int low =0；
 int high = 6；
 int mid= (low+high)/2;即mid = 3, 可知arr1D[mid]=9；
 假设查找的元素为 int key =11；
 第1次查找：
 由于key !=arr1D[mid]，且key>arr1D[mid],则key应该在arr1D[mid+1,high-1 ]中
 第2次查找：
 此时 low = mid+1=4, 而high =6不变，则mid更新为 mid = (low +high)/2 =5;则arr1D[mid]=13， 由于key !=arr1D[mid]，且key<arr1D[mid],则key应该在arr1D[low,mid-1 ]中
 第3次查找：
 此时 low = 4不变, 而high =mid-1=4，则mid更新为 mid = (low +high)/2 =4;则arr1D[mid]=11， 由于key =arr1D[mid]=11，则找到该元素key=8,返回索引mid =4,二分法查找结束。假设查找的元素为 int key =10；
 第1次查找：
 由于key !=arr1D[mid]，且key>arr1D[mid],则key应该在arr1D[mid+1,high-1 ]中
 第2次查找：
 此时 low = mid+1=4, 而high =6不变，则mid更新为 mid = (low +high)/2 =5;则arr1D[mid]=13， 由于key !=arr1D[mid]，且key<arr1D[mid],则key应该在arr1D[low,mid-1 ]中
 第3次查找：
 此时 low = 4不变, 而high =mid-1=4，则mid更新为 mid = (low +high)/2 =4;则arr1D[mid]=11， 由于key !=arr1D[mid]，且key<arr1D[mid],则key应该在arr1D[low,mid-1 ]中,
 第4次查找：
 此时 low = 4不变, 而high =mid-1=3，则mid更新为 mid = (low +high)/2 =3;则由于此时low<=high不成立，从而结束查找，返回 -1,表示未在arr1D中找到key这个元素。

二分法可以使用递归来实现：

下面是基于c++的代码实现，使用一个动态的一维数组来输入一维数组的值再进行查找测试：

``#include<iostream>
#include<time.h>
using namespace std;
//定义指向一位数组的指针
int *arr1D = NULL;
//定义一维数组的长度
int len = 0;
//要查询的值
int key = -1;
//返回的索引
int index = -1;

void Sort()
{
	//冒泡排序法将数组从小到大排序
	for (int i = 0; i < len - 1; i++)
	{
		for (int j = 0; j < len - i - 1; j++)
		{
			int temp;
			if (arr1D[j] > arr1D[j + 1])
			{
				temp = arr1D[j + 1];
				arr1D[j + 1] = arr1D[j];
				arr1D[j] = temp;
			}
		}
	}
	//打印排序好的数组
	for (int i = 0; i < len; i++)
	{
		cout << arr1D[i] << "  ";
	}
	cout << endl;
}
//折半查找（二分法查找）,找到元素key返回对应索引，否则返回-1
int search(int *arr, int key, int low, int high)
{
	//定义一维数组的中间索引
	int mid = (low + high) / 2;
	//使用while循环，找到要查询的值直接返回索引
	while (low <= high)
	{
		if (arr[mid] == key)
		{
			//找到key的值返回对应的索引
			return mid;
		}
		//key的值在arr[mid]左侧查找
		else if (arr[mid] > key)
		{
			//更新high的值
			high = mid - 1;
			//递归继续查找
			return search(arr, key, low, high);
		}
		//key的值在arr[mid]右侧查找
		else if (arr[mid] < key)
		{
			//更新low的值
			low = mid + 1;
			//递归继续查找
			return search(arr, key,low, high);
		}

	}
	//未找到返回-1
	return -1;


}
void input()
{
	cout << "请输入一维数组的长度：" << endl;
	cin >> len;
	//給一维数组开辟空间
	arr1D = new int[len];
	cout << "请输入一维数组的元素：" << endl;
	//给一维数组赋值
	for (int i = 0; i < len; i++)
	{
		cin >> arr1D[i];
	}
	//排序
	Sort();
	//多次调试
	while (true)
	{
		cout << "请输入要查询的值(按下-1跳出查询)：" << endl;
		if (key == -1)
		{
			break;
		}
		cin >> key;
		//查找并返回对应索引
		index = search(arr1D, key, 0, len);
		cout << "该元素的索引为：" << index << endl;

	}
}

int main()
{
	input();
	system("pause");
	return 0;
}

下面是基于VS2017 的c++代码的实现截图：

java8 stream 找出对象属性值最大值_java

二分法也可以使用非递归来实现：

#include<iostream>
using namespace std;
//一维数组指针
int *arr1D = NULL;
//一维数组的长度
int len = 0;
//要查询的值
int key = -1;
int FindIndex(int *arr,int key,int low,int high)
{
	//数组长度的中间值
	int mid = (low + high) / 2;
	//使用while循环进行判断
	while (low<=high)
	{
		//判断key是否与arr[mid]相等
	if (key==arr[mid])
	{
		//找到key的对应索引并返回
		return mid;
	}else if(key>arr[mid])
	{
		//更新low的值,往mid右侧寻找
		low = mid + 1;
		//更新mid的值
		mid = (low + high) / 2;
	}else
	{
		//更新high的值，往mid左侧寻找
		high= mid -1;
		//更新mid的值
		mid = (low + high) / 2;
	}
	 }
	//未找到返回-1
	return -1;
}
//冒泡排序将数组元素从小到大排序
void sort() 
{
	
	for (int i = 0; i < len-1; i++)
	{
		for (int j = 0; j < len - i - 1; j++) 
		{
				int temp;
			if (arr1D[j+1]<arr1D[j])
			{
				temp = arr1D[j + 1];
				arr1D[j + 1]= arr1D[j];
				arr1D[j] = temp;
			}
		}
	}
		cout << "排序后的数组为：";
		for (int k = 0; k < len; k++)
		{
			cout << arr1D[k] << " " ;
		}
		  cout << endl;
}
//初始化
void invi()
{
	cout << "请输入数组的长度" << endl;
	cin >> len;
	arr1D = new int[len];
	cout << "请输入一维数组的元素：";
	for (int i = 0; i < len; i++)
	{
		cin >> arr1D[i];
	}
	//将数组排序
	sort();
	//多次调试
	while (true)
	{
		cout << "请输入要查询的值(按下-2跳出查询)：" << endl;
		cin >> key;
		if (key == -2)
		{
			break;
		}
		//查找并返回对应索引
		int index = FindIndex(arr1D, key, 0, len);
		cout << "该元素的索引为：" << index << endl;
	}

}



int main()
{
	invi();
	system("pause");
	return 0;
}

运行截图为：

java8 stream 找出对象属性值最大值_折半查找_02

对于Java来说，思想也是一样的，不使用递归的代码为：

package Homework;

import java.util.Scanner;

/**
 * 
 * 内容： 二分法查找不用递归
 * 
 * @author 陌意随影
 * @date:2019年7月10日下午9:48:51
 */

public class HomeWork17 {

	public static void main(String[] args) {
		
		// 定义并初始化一个一维数组
		int[] arr = {1,13,11,6,4,9};
		//排序
		sort(arr);
		//多次调试
		while(true) {
			Scanner s = new Scanner(System.in);
			System.out.println("请输入要查找的值(输入-2跳出测试)：");
			int key = s.nextInt();
			if(key == -2) {
				break;
			}
			int index = search(arr, key);
			if (index == -1) {
				System.out.println(key + "未找到！");
			} else {
				System.out.println(key + "的索引是：" + index);
			}
		}
	}

	public static int search(int[] arr, int key) {
		//定义low
		int low = 0;
		//定义high
		int high = arr.length;
		//定义中间位置mid
		int mid = (low + high) / 2;
		//使用while循环进行判断
		while (low <= high) {
			//判断key是否与arr[mid]相等
			if (key == arr[mid]) {
				//找到key的对应索引并返回
				return mid;
			} else if (key > arr[mid]) {
				//更新low的值,往mid右侧寻找
				low = mid + 1;
				//更新mid的值
				mid = (low + high) / 2;
			} else {
				//更新high的值，往mid左侧寻找
				high = mid - 1;
				//更新mid的值
				mid = (low + high) / 2;
			}
		}
		//未找到返回-1
		return -1;
	}

	//使用冒泡排序法对数组进行从小到大的排序
	public static void sort(int[] arr) {
		for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
			for (int j = i; j < arr.length; j++) {
						int temp;
				if (arr[i] > arr[j]) {
					temp = arr[i];
					arr[i] = arr[j];
					arr[j] = temp;
				}
			}
		}
		//打印排序后的数组
		System.out.println("排序后的数组为：");
		for (int k : arr) {
			System.out.print(k + "  ");
		}
		System.out.println();

	}

}

运行截图为：

java8 stream 找出对象属性值最大值_c++_03

使用递归的代码为：

package Homework;
import java.util.Scanner;
/**
 *• 内容： 二分法查找用递归
• 
• @author 陌意随影
• @date:2019年7月10日下午9:48:51
 */public class HomeWork18 {
public static void main(String[] args) {
	// 定义并初始化一个一维数组
	int[] arr = { 1, 13, 11, 6, 4, 9 };
	// 排序
	sort(arr);
	// 多次调试
	while (true) {
		Scanner s = new Scanner(System.in);
		System.out.println("请输入要查找的值(输入-2跳出测试)：");
		int key = s.nextInt();
		if (key == -2) {
			break;
		}
		int index = search(arr, key, 0, arr.length);
		if (index == -1) {
			System.out.println(key + "未找到！");
		} else {
			System.out.println(key + "的索引是：" + index);
		}
	}
}

public static int search(int[] arr, int key, int low, int high) {
	// 定义中间位置mid
	int mid = (low + high) / 2;
	// 使用while循环进行判断
	while (low <= high) {
		// 判断key是否与arr[mid]相等
		if (arr[mid] == key) {
			// 找到key的对应索引并返回
			return mid;
		}
		// 往左侧继续递归寻找
		else if (arr[mid] > key) {
			// 更新high的值，往mid左侧寻找
			high = mid - 1;
			// 递归寻找
			return search(arr, key, low, mid - 1);
		}
		// 往右侧继续递归寻找
		else {
			// 更新low的值,往mid右侧寻找
			low = mid + 1;
			// 递归寻找
			return search(arr, key, low, high);
		}
	}
	// 未找到返回-1
	return -1;
}

// 使用冒泡排序法对数组进行从小到大的排序
public static void sort(int[] arr) {
	int temp;
	for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
		for (int j = i; j < arr.length; j++) {
			if (arr[i] > arr[j]) {
				temp = arr[i];
				arr[i] = arr[j];
				arr[j] = temp;
			}
		}
	}
	// 打印排序后的数组
	System.out.println("排序后的数组为：");
	for (int k : arr) {
		System.out.print(k + "  ");
	}
	System.out.println();

}}

运行截图为：

java8 stream 找出对象属性值最大值_折半查找_04