【C语言.oj刷题】有序#整型矩阵元素查找##{思路+C源码}

 

目录

 题目信息

题目分析：

法一：

遍历二维数组（低效）

思路

源码

 局限性

 法二：

对每一行二分查找（有所提效）

思路

 源码

局限性

法三：

利用一切有利条件使用二分查找

思路

源码

局限性

 二分查找源码：

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 题目信息

        有一个数字矩阵，矩阵的每行从左到右是递增的，矩阵从上到下是递增的，请编写程序在这样的矩阵中查找某个数字是否存在。

要求：时间复杂度小于O(N);

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题目分析：

        这道题是什么情况呢？其实就是说，有下面的这样一个满足要求的矩阵：

 

 干脆  ， 更直观一点:

         也就是，在这样的矩阵（每一行从左到右递增，每一列从上到下递增）中查找一个特定的元素。

        如果找到，确定它的位置；如果找不到，输出  -1 ；

法一：

 

遍历二维数组（低效）

 

思路

        我们首先最容易想到的，也是最简单的方法，就是遍历数组，一个一个去试一试，看看能不能找到。

源码

 
#define ROW 5
#define COL 5
 
int main()
{
	int key;
	scanf("%d",&key);
	char arr[ROW][COL] = {{1,2,3,4,5},{4,5,6,7,8},{5,6,7,8,10},{10,11,12,13,14},{15,16,17,18,19}};
	int i = 0;
	for(i = 0;i < ROW;i++)
	{
		int j = 0;
		for(j = 0;j < COL;j++)
		{
			if(key ==arr[i][j])
			{
				printf("找到了，在%d行%d列\n",i,j);
				break;
			}
		}
	}
	
	return 0;
}

 

         

         对照一下结果，代码是正确的。

 局限性

 

        经过计算，遍历算法的时间复杂度为O(N^2)

         虽然遍历算法思路简单易想，这样的时间复杂度太大，不再符合题目要求。

 法二：

 

对每一行二分查找（有所提效）

 

思路

        由于数组的每一行都是有序的，这样就满足了二分查找的使用条件，所以可以直接对每一行二分查找：

        直观一点：

 源码

 
#define ROW 5
#define COL 5
#include
#include
int bi_search(int arr[ROW],int sz,int key)
{
	int f = 0;
	int left = 0;
	int right = sz-1;
	int mid = (left + right)/2;
	while(left<=right)
	{   
		mid = (left + right)/2;
		if(arr[mid] > key)
		{
			right = mid - 1;
		}
		else if(arr[mid] < key)
		{
			left = mid + 1;
		}
		else if(arr[mid] == key)
		{
			f = 1;
			return mid;
		}
	}
	if(f == 0)
	{
		return -1;
	}
}
int main()
{
	int key;
	scanf("%d",&key);
	int arr[ROW][COL] = {{1,2,3,4,5},{4,5,6,7,8},{5,6,7,8,10},{10,11,12,13,14},{15,16,17,18,19}};
	int i = 0;
	int f = 0;
	for(i = 0;i < ROW;i++)
	{
		int ret = bi_search(arr[i],COL,key);
		if(ret != -1)
		{
			f = 1;
			printf("找到了，在%d行%d列\n",i,ret);
		}
	}
	if(f == 0)
	{
		printf("找不到");
	}
	return 0;
}

         在实际动手写代码时，我也遇到了一些问题，比如刚开始把打印找不到放在循环内，结果出现了这样的结果：

         这就挺尴尬的，解决办法是引入判断变量f，然后先假设找不到f初始化为0；如果找到，f置为1，如果直到循环完毕，f都没有被置为1，则就是整个数组都没有key；

局限性

        经计算，对每一行进行二分查找算法的时间复杂度为O（N log2（N））

虽然速度有所提升，但是效率仍然达不到题目要求。 

 

法三：

 

利用一切有利条件使用二分查找

 

思路

         我们可以先对行进行二分查找

        假设找9，在比9大的前一个元素前停下，由于行列都是从小到大递增的，所以可以断定后两行没有要找的元素9

 

  对行二分查找

 

 后两行没有9

 

 

 

 接下来对行进行二分查找，但是我们发现所有的行都小于要查找的key，所以接下来只能对剩下的3行分别二分查找。

 

 

 在这种n = 5 ，的情况下，我们发现时间复杂度并没有降低多少，我们分析一下：

        每一行二分，需要5次；

        而先列，进行排除；再行，需要4次；

但是在一般情况下，n可能很大，可能是100000，甚至更大，在这种情况下，程序有很大程度的提效。

 

 

 时间复杂度N的趋势：

 

源码

       我在写这个代码的时候遇到了一些问题，在对第一列进行二分查找后，在不再次遍历数组的情况下（不再增加时间复杂度），没有办法定位到合适的位置（在这个位置上，数组的后一个元素的大小大于key，数组前一个元素大小小于key，），你可以想一想，私信我交流。

局限性

         假设第k个找到合适位置，需要进行两次二分查找，时间复杂度是（log2（N）），剩下每一行都可能会出现key；

       

        但在此处，我选择对排除后的每一行进行二分查找，时间复杂度为（k*log2（k））；

则时间复杂度的表达式为：

        T = log2（N）+   k*log2（k）  （k < N）

         最差情况，k == N，时间复杂度O（N* ( log2 (N) ) ）;

         最优解：k == 0,时间复杂度O(1);

        其实,我们可以设计更复杂的算法，这样可以进一步提高效率；

         提供一种思路：沿着对角线遍历n*n的矩阵，找到合适的停留点，这样又可以排除一部分可能：

 

         如果你可以巧妙利用题目信息，那么，即使有时间限制，oj题目对你来说一定不在话下！

         加油吧！

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 二分查找源码：

int bi_search(int arr[ROW],int sz,int key)//参数分别是：要查找的行，数组元素的个数，要查找的对象
{
	int f = 0;
	int left = 0;
	int right = sz-1;
	int mid = (left + right)/2;
	while(left<=right)
	{   
		mid = (left + right)/2;
		if(arr[mid] > key)
		{
			right = mid - 1;
		}
		else if(arr[mid] < key)
		{
			left = mid + 1;
		}
		else if(arr[mid] == key)
		{
			f = 1;
			return 1;//如果找到，返回1
		}
	}
	if(f == 0)
	{
		return -1;//如果找不到，返回-1
	}
}

---

完~

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