Search in a Rotated Array问题

Search in a Rotated Array问题

leetcode

java

二分查找

1.问题描述

Suppose an array sorted in ascending order is rotated at some pivot unknown to you beforehand.
(i.e.,‘ 0 1 2 4 5 6 7’ might become 4 5 6 7 0 1 2).
You are given a target value to search. If found in the array return its index, otherwise return -1.
You may assume no duplicate exists in the array.

题目翻译：
一个按照递增排序的数组，在某个未知的位置发生反转，例如[0,1,2,4,5,6,7]可能变成[4,5,6,7,0,1,2],在这个数组中找到一个数值并返回索引，如果不存在返回-1。
数组中没有重复的数字存在。

2.解题思路

读完题目这是一道在已排序的数组中寻找一个数值，这类问题的基本解决思路就是利用二分查找。这道题设置的难点就是在某个位置把顺序翻转，就不能按照原始的二分查找的方法来算。
发生顺序的反转肯定是把大的数字翻转到前面，那么按照就存在反转的数目是否越中间位置，以及target和中间位置数值的大小关系，可以把问题分为四种情况：

1. 大数值反转越过中间位置，查找小数字
2. 大数值反转越过中间位置，查找大数字
3. 大数值没有越过中间位置，查找小数字
4. 大数值没有越过中间位置，查找大数字

这是想这道题最基本的解决思路，是不是可以优化呢？
当然可以，无论在那个位置翻转，总有一半的数据在保持一定的递增顺序，只要找到target所在的那一半的数据，就能利用二分很快的找到target的索引。
还可以找到发生反转的位置，然后利用二分查找target的位置，这个思路很巧妙，它利用发生翻转的位置来寻找没有翻转时候的中心位置，很值得借鉴。

3.代码实现

第一种方法的实现：

class Solution {
    public int search(int[] nums, int target) {
       		 int len = nums.length;
	        if(nums==null||len==0)
	            return -1;
	        int low = 0,high = len-1;
	        int mid = 0;
			System.out.println("flag2");
	        while(low<high){
	         	mid = low+(high-low)/2;
	            if(target==nums[mid])
	                return mid;
	         
	            if(nums[low]<=nums[mid]){
	                if(target>=nums[low]&&target<=nums[mid])
	                    high=mid-1;
	                else{
	                    low = mid+1;
	                }
	            }
	            else if(nums[low] >=nums[mid]){
	                if(target>=nums[low]&&target>=nums[mid]||target<=nums[low]&&target<=nums[mid])
	                    high = mid-1;
	                else
	                    low = mid+1;
	            }
	        }
	       return target==nums[low]?low:-1;
    }
}

第二种方法的实现：

class Solution {
    public int search(int[] nums, int target) {
    		 int len = nums.length;
       if(nums==null||len==0)
           return -1;
       int low = 0,high = len-1;
       int mid = 0;
		
       while(low<high){
           mid = low+(high-low)/2;
           if(target==nums[mid])
               return mid;
       if(nums[low]<=nums[mid]){
           if(target>=nums[low]&&target<nums[mid])
               high=mid-1;  
           else
               low = mid+1;
       }
       else{
           if(target>=nums[low]||target<nums[mid])
               high = mid-1;
           else
               low = mid+1;
       }
 
    }
     return target==nums[low]?low:-1;   
}
}

第三种方法的实现：

class Solution {
public:
    int search(int A[], int n, int target) {
        int lo=0,hi=n-1;
        // find the index of the smallest value using binary search.
        // Loop will terminate since mid < hi, and lo or hi will shrink by at least 1.
        // Proof by contradiction that mid < hi: if mid==hi, then lo==hi and loop would have been terminated.
        while(lo<hi){
            int mid=(lo+hi)/2;
            if(A[mid]>A[hi]) lo=mid+1;
            else hi=mid;
        }
        // lo==hi is the index of the smallest value and also the number of places rotated.
        int rot=lo;
        lo=0;hi=n-1;
        // The usual binary search and accounting for rotation.
        while(lo<=hi){
            int mid=(lo+hi)/2;
            int realmid=(mid+rot)%n;
            if(A[realmid]==target)return realmid;
            if(A[realmid]<target)lo=mid+1;
            else hi=mid-1;
        }
        return -1;
    }
};