Java中常用查找算法及示例-顺序查找、二分查找、差值查找、斐波那契查找

╰半橙微兮° 2023-09-30 23:17 16阅读 0赞

## 场景 ##

Java中对数据需要进行查找，归纳整理常用查找算法及示例。

注：

博客：  
[https://blog.csdn.net/badao\_liumang\_qizhi ][https_blog.csdn.net_badao_liumang_qizhi]

### 实现 ###

1、顺序查找

顺序查找法就是将数据一项一项地按照顺序逐个查找，所以不管数据顺序如何，

都得从头到位遍历一遍。该方法的优点就是文件在查找前不需要进行任何处理与排序，

缺点就是查找速度较慢。

示例代码:

public class ShunXv {
        public static void main(String args[]) throws IOException
        {
            String strM;
            BufferedReader keyin=new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
            int data[] =new int[100];
            int i,j,find,val=0;
            for (i=0;i<80;i++)
                data[i]=(((int)(Math.random()*150))%150+1);
            while (val!=-1)
            {
                find=0;
                System.out.print("请输入要查找的键值(1~150)，输入-1则退出程序：");
                strM=keyin.readLine();
                val=Integer.parseInt(strM);
                for (i=0;i<80;i++)
                {
                    if(data[i]==val)
                    {
                        System.out.print("在第"+(i+1)+"个位置找到键值 ["+data[i]+"]\n");
                        find++;
                    }
                }
                if(find==0 && val !=-1)
                    System.out.print("######没有找到 ["+val+"]######\n");
            }
            System.out.print("数据内容：\n");
            for(i=0;i<10;i++)
            {
                for(j=0;j<8;j++)
                    System.out.print(i*8+j+1+"["+data[i*8+j]+"]  ");
                System.out.print("\n");
            }
        }
    }

2、二分查找法

如果要查找的数据已经实现排好序了，就可以使用二分查找法来进行查找。二分查找就是将数据分割成两份，

再比较键值与中间值的大小。如果键值小于中间值，就可以确定要查找的数据再前半部分，否则在后半部分，

如此分割数次直到找到或确定不存在为止。

示例代码:

public class ErFen {
        public static void main(String args[]) throws IOException
        {
            int i,j,val=1,num;
            int data[] =new int[50];
            String strM;
            BufferedReader keyin=new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
            for (i=0;i<50;i++)
            {
                data[i]=val;
                val+=((int)(Math.random()*100)%5+1);
            }
            while (true)
            {
                num=0;
                System.out.print("请输入查找键值(1-150)，输入-1结束：");
                strM=keyin.readLine();
                val=Integer.parseInt(strM);
                if(val==-1)
                    break;
                num=bin_search(data,val);
                if(num==-1)
                    System.out.print("##### 没有找到["+val+"] #####\n");
                else
                    System.out.print("在第 "+(num+1)+"个位置找到 ["+data[num]+"]\n");
            }
            System.out.print("数据内容：\n");
            for(i=0;i<5;i++)
            {
                for(j=0;j<10;j++)
                    System.out.print((i*10+j+1)+"-"+data[i*10+j]+" ");
                System.out.print("\n");
            }
            System.out.print("\n");
        }
    
        public static int bin_search(int data[],int val)
        {
            int low,mid,high;
            low=0;
            high=49;
            System.out.print("正在查找......\n");
            while(low <= high && val !=-1)
            {
                mid=(low+high)/2;
                if(val<data[mid])
                {
                    System.out.print(val+" 介于位置 "+(low+1)+"["+data[low]+"]及中间值 "+(mid+1)+"["+data[mid]+"]，找左半边\n");
                    high=mid-1;
                }
                else if(val>data[mid])
                {
                    System.out.print(val+" 介于中间值位置 "+(mid+1)+"["+data[mid]+"]及 "+(high+1)+"["+data[high]+"]，找右半边\n");
                    low=mid+1;
                }
                else
                    return mid;
            }
            return -1;
        }
    }

3、差值查找法

差值查找法是二分法的改进版，按照数据位置的分布，利用公式预测数据所在的位置，再以二分法的方式渐渐逼近。

差值查找法的公式为:mid = low +((key - data\[low\]) / (data\[high\] - data\[low\])) \*(high - low)

其中key是要查找的键值，data\[high\]、data\[low\]是剩余待查找记录中的最大最小值。

一般而言，差值查找法优先于顺序查找法，数据的分布越平均，查找速度越快。

示例代码:

public class ChaZhi {
        public static void main(String args[]) throws IOException
        {
            int i,j,val=1,num;
            int data[]=new int[50];
            String strM;
            BufferedReader keyin=new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
            for (i=0;i<50;i++)
            {
                data[i]=val;
                val+=((int)(Math.random()*100)%5+1);
            }
            while(true)
            {
                num=0;
                System.out.print("请输入查找键值(1-"+data[49]+")，输入-1结束：");
                strM=keyin.readLine();
                val=Integer.parseInt(strM);
                if(val==-1)
                    break;
                num=interpolation(data,val);
                if(num==-1)
                    System.out.print("##### 没有找到["+val+"] #####\n");
                else
                    System.out.print("在第 "+(num+1)+"个位置找到 ["+data[num]+"]\n");
            }
            System.out.print("数据内容：\n");
            for(i=0;i<5;i++)
            {
                for(j=0;j<10;j++)
                    System.out.print((i*10+j+1)+"-"+data[i*10+j]+" ");
                System.out.print("\n");
            }
        }
    
        public static int interpolation(int data[],int val)
        {
            int low,mid,high;
            low=0;
            high=49;
            int tmp;
            System.out.print("正在查找......\n");
            while(low<= high && val !=-1 )
            {
                tmp=(int)((float)(val-data[low])*(high-low)/(data[high]-data[low]));
                mid=low+tmp;   //插值查找法公式
                if (mid>50 || mid<-1)
                    return -1;
                if (val<data[low] && val<data[high])
                    return -1;
                else if (val>data[low] && val>data[high])
                    return-1;
                if (val==data[mid])
                    return mid;
                else if (val < data[mid])
                {
                    System.out.print(val+" 介于位置 "+(low+1)+"["+data[low]+"]及中间值 "+(mid+1)+"["+data[mid]+"]，找左半边\n");
                    high=mid-1;
                }
                else if(val > data[mid])
                {
                    System.out.print(val+" 介于中间值位置 "+(mid+1)+"["+data[mid]+"]及 "+(high+1)+"["+data[high]+"]，找右半边\n");
                    low=mid+1;
                }
            }
            return -1;
        }
    }

4、斐波那契查找

斐波那契查找要求有序,采用和二分查找/插值查找相似的区间分割策略，仅仅是改变了开始找点的位置，

mid不再是中间或插值得到，而是位于黄金分割点附近，即mid = low+F(k-1)-1。

黄金比例:整体与较大部分的比值为1:0.618 。斐波那契数(黄金分割数列:1,1,2,3,5,8,13,21...)随着此数列的递增，

前后两个数的比例会越来越接近0.618

示例代码:

public class FeiBoNaQi {
        public static void main(String[] args) {
            //待查找序列
            int[] arr = {1,3,5,6,8,13,45,67,133};
            int i = fiboSearch(arr, 133);
            System.out.println("斐波那契查找目标值133在数组中的下标为: "+i);
        }
    
    
        //得到一个斐波那契数组
        public static int[] fibonacci(int n) {
            //初始化数组
            int[] fibo = new int[n];
    
            if (n >= 1) fibo[0] = 1;
            if (n >= 2) fibo[1] = 1;
    
            for (int i = 2; i < n; i++) {
                fibo[i] = fibo[i - 1] + fibo[i - 2];
            }
            return fibo;
        }
        //主方法
    
        /**
         * @param arr     待查找序列
         * @param findVal 查找的目标值
         * @return 返回目标值所在的下标
         */
        public static int fiboSearch(int[] arr, int findVal) {
            int low = 0;
            int high = arr.length - 1;
            int k = 0;
            int mid = 0;
            int maxsize = 20;
    
            //得到斐波那契数组
            int[] fibo = fibonacci(maxsize);
    
            //判断待查找序列长度应该为哪一个斐波那契数
            while (high > fibo[k] - 1) {
                k++;
            }
            //填充待排序列, 长度为f[k]-1
            //把老数组复制到长度为 f[k]的新数组中
            //超出老数组长度的用0填充
            int[] temp = Arrays.copyOf(arr, fibo[k]-1);
            //填充temp数组中为0的部分
            for (int i = high + 1; i < temp.length; i++) {
                temp[i] = arr[high];
            }
            System.out.println("填充了最后元素的临时数组: "+Arrays.toString(temp));
            //正式开始查找
            while (low <= high) {
                mid = low + fibo[k - 1] - 1;
    
                //不断比较不同区间内 findVal 与 temp[mid]的关系
                if( findVal < temp[mid]){
                    high = mid -1;
                    k -= 1;
                }else if( findVal > temp[mid]){
                    low = mid+1;
                    k -= 2;
                }else{
                    //需要确定返回的是那个下标
                    if(mid <= high){
                        return mid;
                    }else{
                        return high;
                    }
                }
            }
            return -1;
        }
    }

[https_blog.csdn.net_badao_liumang_qizhi]: https://blog.csdn.net/badao_liumang_qizhi