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数据结构——线性表的查找

作者:互联网

查找

查找的概念

主关键字:可唯一地标识一个记录的关键字就是主关键字
次关键字:用以识别若干记录的关键字就是次关键字

对查找表经常进行的操作

  1. 查询某个“特定的”数据元素是否在查找表中;
  2. 检索某个“特定的”数据元素的各种属性;
  3. 在查找表中插入一个数据元素;
  4. 删除查找表中的某个数据元素;

查找表可以分为两类:

查找算法的评价指标:
关键字的平均比较次数,也称平均查找长度ASL(Average Search Length)

A S L = ∑ i = 1 n p i c i   ( 关 键 字 比 较 次 数 的 期 望 值 ) ASL= \sum_{i=1}^n {p_i}{c_i}\,(关键字比较次数的期望值) ASL=i=1∑n​pi​ci​(关键字比较次数的期望值)
n n n:记录的个数;
p i p_i pi​:查找第i个记录的概率(通常认为 p i p_i pi​ = 1 / n 1/n 1/n);
c i c_i ci​:找到第i个记录所需的比较次数;

  查找的方法取决于查找表的结构,即表中数据元素是依何种关系组织在一起的;
  因为“查询”或“检索”在计算机应用系统中使用频度都很高,因此需要设法提高查找表的查找效率
  为提高查找效率,一个办法就是在构造查找表时,在集合中的数据元素之间认为地加上某种确定的约束关系

线性表的查找

顺序查找(线性查找)

顺序查找的特点:
优点:算法简单,逻辑次序无要求,且不同存储结构均适用;
缺点:ASL太长,时间效率低;

应用范围:

顺序表的表示:

//数据元素类型定义
typedef struct{
	KeyType key;	//关键字域
	......			//其他域
}ElemType;
//顺序表结构定义类型
typedef struct{
	ElemType *R;	//表基址
	int length;		//表长
}SStable;			//Sequential Search Table
SStable ST;			//定义顺序表ST

在这里插入图片描述
算法:

int Search_Seq(SSTable ST, KeyType key){
	//若成功返回其位置信息,否则返回0
	for(i = ST.length; i >= 1; --i){
		if(ST.R[i].key == key)	return i;
		else return 0;
	}
}

其他形式:

int Search_Seq(SSTable ST, KeyType key){
	for(i = ST.length; i >= 1;ST.R[i].key != key; --i)
		if(i <= 0) break;
	if(i > 0) return i;
	else return 0;
}

改进:把待查关键字key存入表头(“哨兵”、“监视哨”),从后往前逐个比较,可免去查找过程中每一个都要检测是否完毕,加快速度

在这里插入图片描述

//设置监视哨的顺序查找
int Search_Seq(SSTable ST, KeyType key){
	ST.R.key = key;
	for(i = ST.length; ST.R[i].key != key; --i);
	return i;
}

时间复杂度: O ( n ) O(n) O(n)
A S L s ( n ) = ( 1 + 2 + . . . + n ) / n = ( n + 1 ) / 2 ASL_s(n)=(1+2+...+n) /n= (n+1)/2 ASLs​(n)=(1+2+...+n)/n=(n+1)/2

1、记录的查找概率不相等时如何提高查找效率

查找表存储记录原则——按查找概率高低存储:
1)查找概率越高,比较次数越少;
2)查找概率越低,比较次数越多;


2、记录的查找概率无法测定时如何提高查找效率

方法——按查找概率动态调整记录顺序
1)在每个记录中设一个访问频度域;
2)始终保持记录按非递增有序的次序排列;
3)每次查找后均将刚查到的记录直接移至表头;

折半查找(二分或对分查找)


折半查找:每次将待查记录所在区间缩小一半

折半查找的特点:
优点:效率比顺序查找高;
缺点:只适用于有序表,且限于顺序存储结构(对线性链表无效);

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算法:

int Search_Binary(SSTable St, KeyType key){
	low = 1;
	high = ST.length;					//置区间初值
	while(low <= high){
		mid = (low + high)/2;
		if(ST.R[mid].key == key)
			return mid;					//找到待查元素
		else if(key < ST.R[mid].key)	//缩小查找区间
			high = mid - 1;				//继续在前半区间进行查找
		else low = mid +1;				//继续在后半区间进行查找
	}
	return 0;		//顺序表中不存在待查元素
}//Search_Binary

递归算法:

int Search_Binary(SStable ST, keyType key, int low, int high){
	if(low > high) return 0;			//查找不到时返回0
	mid = (low + high)/2;
	if(key == ST.elem[mid].key)
		return mid;
	else if(key < ST.elem[mid].key)
	......	//递归,在前半区间进行查找
		else......	//递归,在后半区间进行查找
}


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如果为顺序查找,则 A S L = ( 11 + 1 ) / 2 = 6 ASL= (11+1)/2 = 6 ASL=(11+1)/2=6

平均查找长度ASL(成功时):
设表长 n = 2 h − 1 n = 2^h - 1 n=2h−1, 则 h = l o g 2 ( n + 1 ) h = log_2(n+1) h=log2​(n+1)(此时,判定树为深度 = h的满二叉树),且表中每个记录的查找概率相等: P i = 1 / n P_i = 1/n Pi​=1/n,则:
A S L = ∑ i = 1 n p i c i = 1 n ∑ i = 1 n c i = n ∑ j = 1 h j ⋅ 2 j − 1 ASL=\sum_{i=1}^{n} p_ic_i = \frac{1}{n}\sum_{i=1}^{n}c_i= {n}\sum_{j=1}^{h}j·2^{j-1} ASL=i=1∑n​pi​ci​=n1​i=1∑n​ci​=nj=1∑h​j⋅2j−1
= n + 1 n l o g 2 ( n + 1 ) − 1 = \frac{n+1}{n}log_2(n+1)-1 =nn+1​log2​(n+1)−1
≈ l o g 2 ( n + 1 ) − 1 ( n > 50 ) ≈log_2(n+1)-1(n > 50) ≈log2​(n+1)−1(n>50)
j j j 为第 j j j 层的每个结点要比较的次数; 2 j − 1 2^{j-1} 2j−1 为第 j j j 层结点数

分块查找


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优点:插入和删除比较容易,无需进行大量移动;
缺点:要增加一个索引表的存储空间并对初始索引表进行排序运算;
适用情况:如果线性表既要快速查找又经常动态变化,则可采用分块查找;

查找方法的比较:
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标签:线性表,int,ST,关键字,查找,key,数据结构,ASL
来源: https://blog.csdn.net/Labrador_Katie/article/details/123046347