斐波那契查找(Fibonacci Search)和折半查找

兩個查找算法都是針對有序數組進行查找,不同點在于分界點的取值不同。

算法介紹

折半查找很簡單,每次與當前區間的中點進行比較,然后決定查找前一部分還是后一部分。

Fibonacci查找利用了Fibonacci序列每一項等于前兩項和的特點進行劃分,然后再在前一部分或者后一部分進行查找。

對于一個數組,我們首先將他填充成長度為F[k]-1的數組,其中F[]表示斐波那契數列。為什么非要填充成F[k]-1呢?

我們知道斐波那契數列有如下性質:
F[k]=F[k?1]+F[k?2]F[k]=F[k-1]+F[k-2] F[k]=F[k?1]+F[k?2]
樸素的想法是我們對區間[l,r)進行劃分,其中r-l=F[k],分界點選擇為mid=l+F[k-1](當然我們也可以選擇F[k-2],這取決于數據集中在哪里)。當我們將需要查詢的數據xa[mid]比較以后我們可能需要查詢左邊或者右邊的區間,即[l,mid)或者[mid+1,r),而這個時候后面那個區間的長度為F[k-2]-1,不再是斐波那契數列。這顯然不是我們想要看到的結果。

我們不妨嘗試將區間的長度變成F[k]-1,將分界點設置為mid=l+F[k-1]-1,這時我們發現右邊的區間的長度將變成F[k-2]-1,仍舊滿足這種結構。這樣我們就可以遞歸地進行處理。

我們也可以嘗試將區間長度變為F[k]+1,只是這樣的話我們就無法將區間長度變為0退出搜索。

實現代碼

#include<cstdio>
#include<algorithm>
#include<cstdlib>using namespace std;int init(int* F,int n)
{F[0]=1;F[1]=1;int ret=2;while(1){F[ret]=F[ret-1]+F[ret-2];if(F[ret]-1>=n)break;++ret;}return ret;
}
int FiboSearch(int *a,int *F,int k,int l,int r,int x)
{if(r<l) return -1;int mid=l+F[k-1]-1;if(x==a[mid]) return mid;if(x<a[mid]){return FiboSearch(a,F,k-1,l,mid,x);}else{return FiboSearch(a,F,k-2,mid+1,r,x);}
}
int main()
{int n,k;printf("n="); scanf("%d",&n);printf("k="); scanf("%d",&k);int F[64],len;int a[128];len=init(F,n);for(int i=0;i<n;++i){scanf("%d",&a[i]);}if(k>a[n-1] || k<a[0]){printf("-1\n");return 0;}printf("%d\n",FiboSearch(a,F,len,0,F[len]-1,k));return 0;
}

性能分析

斐波那契查找算法同折半查找一樣復雜度都是O(logn)的,不同點在于,當數據是均勻分布的時候折半查找更加優秀,當數據是指數分布的時候斐波那契查找算法更好。

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