在排序数组中查找元素的第一个和最后一个位置(二分查找)
在排序数组中查找目标值的起始和结束位置。通过两次二分查找分别确定左边界和右边界。左边界查找时若 mid 小于目标值则左移,否则右移;右边界查找时若 mid 小于等于目标值则左移,否则右移。注意处理整数溢出及死循环情况,时间复杂度为对数级。

在排序数组中查找目标值的起始和结束位置。通过两次二分查找分别确定左边界和右边界。左边界查找时若 mid 小于目标值则左移,否则右移;右边界查找时若 mid 小于等于目标值则左移,否则右移。注意处理整数溢出及死循环情况,时间复杂度为对数级。

题目描述:
给定一个按照升序排列的整数数组 nums,和一个目标值 target。找出给定目标值在数组中的开始位置和结束位置。
如果数组中不存在目标值 target,返回 [-1, -1]。
使用的还是二分思想,就是根据数据的性质,在某种判断条件下将区间一分为二,然后舍去其中一个区间,然后在另一个区间内查找。方便叙述,用 x 表示该元素,resLeft 表示左边界,resRight 表示右边界。
(1) 我们注意到以左边界划分的两个区间的特点:
- 左边区间 [left, resLeft-1] 都是小于的;
- 右边区间(包括左边界)[resLeft, right] 都是大于等于的。
(1) 当我们的 mid 落在 [left, resLeft-1] 区间的时候,也就是 nums[mid] < target。说明 [left, mid] 都是可以舍去的,此时更新 left 到 mid + 1 的位置,继续在 [mid+1, right] 上寻找左边界; (2) 当 mid 落在 [resLeft, right] 的区间的时候,也就是 nums[mid] >= target。 说明 [mid+1, right](因为 mid 可能是最终结果,不能舍去)是可以舍去的,此时更新 right 到 mid 的位置,继续在 [left, mid] 上寻找左边界。
注意:这里找中间元素需要向下取整。
因为后续移动左右指针的时候: (1) 左指针:left=mid+1,是会向后移动的,因此区间是会缩小的; (2) 右指针:right=mid,可能会原地踏步(比如:如果向上取整的话,如果剩下 1, 2 两个元素,left == 1,right == 2,mid == 2。更新区间之后,left, right, mid 的值没有改变,就会陷入死循环)。
因此一定要注意,当 right = mid 的时候,要向下取整。
- 左边区间(包括右边界)[left, resRight] 都是小于等于的;
- 右边区间 [resRight + 1, right] 都是大于的。
(1) 当我们的 mid 落在 [left, resRight] 区间的时候,说明 [left, mid-1](mid 不可以舍去,因为有可能是最终结果)都是可以舍去的,此时更新 left 到 mid 的位置; (2) 当 mid 落在 [resRight + 1, right] 的区间的时候,说明 [mid, right] 内的元素是可以舍去的,此时更新 right 到 mid-1 的位置。
注意:这里找中间元素需要向上取整。
因为后续移动左右指针的时候: (1) 左指针:left=mid,可能会原地踏步(比如:如果向下取整的话,如果剩下 1, 2 两个元素,left == 1,right == 2,mid==1。更新区间之后,left, right, mid 的值没有改变,就会陷入死循环); (2) 右指针:right=mid-1,是会向前移动的,因此区间是会缩小的。
因此一定要注意,当 left = mid 的时候,要向上取整。
请大家一定不要觉得背下模板就能解决所有二分问题。二分问题最重要的就是要分析题意,然后确定要搜索的区间,根据分析问题来写出二分查找算法的代码。
要分析题意,确定搜索区间,不要死记模板,不要看左闭右开什么乱七八糟的题解
class Solution {
public:
vector<int> searchRange(vector<int>& nums, int target) {
if(nums.size() == 0) return {-1,-1};
int begin = 0;
int left = 0, right = nums.size() - 1;
while(left < right) {
int mid = left + (right - left) / 2;
if(nums[mid] < target) left = mid + 1;
else right = mid;
}
if(nums[left] != target) return{-1,-1};
else begin = left;
left = 0, right = nums.size() - 1;
while(left < right) {
int mid = left + (right - left + 1) / 2;
if(nums[mid] <= target) left = mid;
else right = mid - 1;
}
return {begin,right};
}
};
时间复杂度:O(logn),空间复杂度:O(1)。

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