algorithm - 修改二进制搜索以查找下一个比键更大的项目

Question

我要修改著名的binary search算法返回下一个更大项目的索引而不是正在搜索的键。

所以我们有 4 个案例:

1. key小于所有项，返回0。
2. key大于所有items，返回items.length。
3. 在索引 x 处找到 key ，返回 x+1。
4. 找不到键，返回下一个更大的键的索引。

例如:

data = { 1, 3, 5, 7, 9, 11 };

• 搜索 0 返回 0。
• 搜索 11 或 12 返回 6。

• 搜索 5 或 6 返回 3。

  while (low <= high) {
      mid = (low + high) / 2;
      if (data[mid] < val)
          low = mid + 1;
      else if (data[mid] > val)
          high = mid - 1;
      else {
          break;
      }
  }
  

目前通过检查低值和高值使其正常工作。有没有什么有趣的代码可以做到这一点!

编辑!!!

这是我如何让它工作的:

    if (low <= high)
        found = (low + high) / 2 + 1;
    else if (low >= data.length)
        found = data.length ;
    else if (high < 0)
        found = -1;
    else
        found = low;

我正在寻找一种更优雅的方式!

编辑二!!!

如果没有重复，则此代码有效。为了处理重复的情况，我们需要修改第一个 if 条件:

if (low <= high)
    found = (low + high) / 2 + 1;

迭代直到找到更大的元素。

Answer 1

这是一些满足 OP 搜索要求的 C 代码:

• 值<第一项:返回0
• 值包含在数组中:返回找到的索引+1
• 值不在数组中但<第一项和<最后一项:返回下一个最大值的索引
• value >= 最后一项:返回数组大小

它还演示了 4 种不同类型的二进制搜索:

• 标准二分搜索
• 小于等于二分查找
• LessThanEqual 或 Last Binary Search
• NextLargest 二进制搜索

(假设data中没有重复项)

#include <stdio.h>

int BinarySearch( int key, int data[], const int len )
{
    int low  = 0;
    int high = len-1;

    while( high >= low )
    {
        int mid = low + ((high - low) / 2);

        /**/ if (data[mid] < key) low  = mid + 1;
        else if (data[mid] > key) high = mid - 1;
        else return                      mid    ;
    }
    return -1; // KEY_NOT_FOUND
}

int LessThanEqualBinSearch( int key, int data[], const int len )
{
    int min = 0;
    int max = len-1;
    // var max = data.length - 1; // Javascript, Java conversion

    while( min <= max)
    {
        int mid = min + ((max - min) / 2);

        /**/ if (data[mid] < key)  min  = mid + 1;
        else if (data[mid] > key)  max  = mid - 1;
        else   /*data[mid] = key)*/return mid    ;
    }

    if( max < 0 )
        return 0;  // key < data[0]
    else
    if( min > (len-1))
        return -1; // key >= data[len-1] // KEY_NOT_FOUND
    else
        return (min < max)
            ? min  
            : max + 1;
}

int LessThanEqualOrLastBinSearch( int key, int data[], const int len )
{
    int min = 0;
    int max = len-1;
    // var max = data.length - 1; // Javascript, Java conversion

    while( min <= max)
    {
        int mid = min + ((max - min) / 2);

        /**/ if (data[mid] < key)  min  = mid + 1;
        else if (data[mid] > key)  max  = mid - 1;
        else   /*data[mid] = key)*/return mid    ;
    }

    if( max < 0 )
        return 0;     // key < data[0]
    else
    if( min > (len-1))
        return len-1; // key >= data[len-1]
    else
        return (min < max)
            ? min  
            : max + 1;
}

int NextLargestBinSearch( int key, int data[], const int len )
{
    int low  = 0;
    int high = len-1;

    while( low <= high)
    {
        // To convert to Javascript:
        // var mid = low + ((high - low) / 2) | 0;
        int mid = low + ((high - low) / 2);

        /**/ if (data[mid] < key) low  = mid + 1;
        else if (data[mid] > key) high = mid - 1;
        else return                      mid + 1;
    }

    if( high < 0 )
        return 0;   // key < data[0]
    else
    if( low > (len-1))
        return len; // key >= data[len-1]
    else
        return (low < high)
            ? low  + 1
            : high + 1;
}

int main()
{
    int items[] = { 1, 3, 5, 7, 9, 11 };
    int LENGTH  = sizeof(items) / sizeof(items[0]);

    for( int i = -1; i < 14; ++i )
        printf( "[%2d]: == %2d   <= %2d   <| %d   > %d\n", i
        , BinarySearch                ( i, items, LENGTH )
        , LessThanEqualBinSearch      ( i, items, LENGTH )
        , LessThanEqualOrLastBinSearch( i, items, LENGTH )
        , NextLargestBinSearch        ( i, items, LENGTH )
    );   

    return 0;
}

输出:

[-1]: == -1   <=  0   <| 0   > 0
[ 0]: == -1   <=  0   <| 0   > 0
[ 1]: ==  0   <=  0   <| 0   > 1
[ 2]: == -1   <=  1   <| 1   > 1
[ 3]: ==  1   <=  1   <| 1   > 2
[ 4]: == -1   <=  2   <| 2   > 2
[ 5]: ==  2   <=  2   <| 2   > 3
[ 6]: == -1   <=  3   <| 3   > 3
[ 7]: ==  3   <=  3   <| 3   > 4
[ 8]: == -1   <=  4   <| 4   > 4
[ 9]: ==  4   <=  4   <| 4   > 5
[10]: == -1   <=  5   <| 5   > 5
[11]: ==  5   <=  5   <| 5   > 6
[12]: == -1   <= -1   <| 5   > 6
[13]: == -1   <= -1   <| 5   > 6

• 1st 列是标准的二分查找
• 2nd 列是小于二分查找
• 3rd 列是 Less Than Or Last 二进制搜索
• 第 4 列是下一个最大的二进制搜索