Fruitsekta.ru

Мир ПК
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Линейный поиск с барьером паскаль

Алгоритмы поиска в линейных структурах

Цель лекции: изучить основные алгоритмы поиска в линейных структурах и научиться решать задачи поиска в линейных структурах на основе алгоритмов последовательного и бинарного поиска .

Одним из важнейших действий со структурированной информацией является поиск . Поиск – процесс нахождения конкретной информации в ранее созданном множестве данных. Обычно данные представляют собой записи, каждая из которых имеет хотя бы один ключ . Ключ поиска – это поле записи, по значению которого происходит поиск . Ключи используются для отличия одних записей от других. Целью поиска является нахождение всех записей (если они есть) с данным значением ключа.

Структуру данных, в которой проводится поиск , можно рассматривать как таблицу символов (таблицу имен или таблицу идентификаторов) – структуру, содержащую ключи и данные, и допускающую две операции – вставку нового элемента и возврат элемента с заданным ключом. Иногда таблицы символов называют словарями по аналогии с хорошо известной системой упорядочивания слов в алфавитном порядке: слово – ключ , его толкование – данные.

Поиск является одним из наиболее часто встречаемых действий в программировании. Существует множество различных алгоритмов поиска, которые принципиально зависят от способа организации данных. У каждого алгоритма поиска есть свои преимущества и недостатки. Поэтому важно выбрать тот алгоритм , который лучше всего подходит для решения конкретной задачи.

Поставим задачу поиска в линейных структурах. Пусть задано множество данных, которое описывается как массив , состоящий из некоторого количества элементов. Проверим, входит ли заданный ключ в данный массив . Если входит, то найдем номер этого элемента массива, то есть, определим первое вхождение заданного ключа (элемента) в исходном массиве.

Таким образом, определим общий алгоритм поиска данных:

Шаг 1. Вычисление элемента, что часто предполагает получение значения элемента, ключа элемента и т.д.

Шаг 2. Сравнение элемента с эталоном или сравнение двух элементов (в зависимости от постановки задачи).

Шаг 3. Перебор элементов множества , то есть прохождение по элементам массива.

Основные идеи различных алгоритмов поиска сосредоточены в методах перебора и стратегии поиска.

Рассмотрим основные алгоритмы поиска в линейных структурах более подробно.

Читать еще:  Обратная матрица методом гаусса паскаль

Последовательный (линейный) поиск

Последовательный (линейный) поиск – это простейший вид поиска заданного элемента на некотором множестве, осуществляемый путем последовательного сравнения очередного рассматриваемого значения с искомым до тех пор, пока эти значения не совпадут.

Идея этого метода заключается в следующем. Множество элементов просматривается последовательно в некотором порядке, гарантирующем, что будут просмотрены все элементы множества (например, слева направо). Если в ходе просмотра множества будет найден искомый элемент, просмотр прекращается с положительным результатом; если же будет просмотрено все множество, а элемент не будет найден, алгоритм должен выдать отрицательный результат.

Алгоритм последовательного поиска

Шаг 1. Полагаем, что значение переменной цикла i=0 .

Шаг 2. Если значение элемента массива x[i] равно значению ключа key , то возвращаем значение , равное номеру искомого элемента, и алгоритм завершает работу. В противном случае значение переменной цикла увеличивается на единицу i=i+1 .

Шаг 3. Если i , где k – число элементов массива x , то выполняется Шаг 2, в противном случае – работа алгоритма завершена и возвращается значение равное -1.

При наличии в массиве нескольких элементов со значением key данный алгоритм находит только первый из них (с наименьшим индексом).

Время выполнения данного алгоритма поиска для вещественных чисел , где n – количество элементов множества , а – точность . Поиск на дискретном множестве из n элементов осуществляется в худшем случае за n итераций, а в среднем этот алгоритм требует n/2 итераций цикла . Следовательно, временная сложность последовательного поиска пропорциональна O(n) . Никаких ограничений на порядок элементов в массиве данный алгоритм не накладывает.

Недостатком рассматриваемого алгоритма поиска является то, что в худшем случае осуществляется просмотр всего массива. Поэтому данный алгоритм используется, если множество содержит небольшое количество элементов.

Достоинства последовательного поиска заключаются в том, что он прост в реализации, не требует сортировки значений множества , дополнительной памяти и дополнительного анализа функций. Следовательно, может работать в потоковом режиме при непосредственном получении данных из любого источника.

Существует модификация алгоритма последовательного поиска , которая ускоряет поиск . Эта модификация является небольшим усовершенствованием рассмотренного алгоритма поиска.

Идея поиска с барьером состоит в том, чтобы не проверять каждый раз в цикле условие, связанное с границами множества . Это можно обеспечить, установив в данном множестве так называемый барьер . Под барьером понимается любой элемент, который удовлетворяет условию поиска . Тем самым будет ограничено изменение индекса.

Читать еще:  Что создал паскаль

Выход из цикла , в котором теперь остается только условие поиска, может произойти либо на найденном элементе, либо на барьере. Существует два способа установки барьера: дополнительным элементом или вместо крайнего элемента массива.

Заметим, что поиск с барьером работает быстрее, но временная сложность алгоритма остается такой же O(n) , где n – количество элементов множества . Гораздо больший интерес представляют методы, не только работающие быстро, но и реализующие алгоритмы с меньшей сложностью.

Бинарный (двоичный) поиск

Бинарный (двоичный, дихотомический) поиск – это поиск заданного элемента на упорядоченном множестве, осуществляемый путем неоднократного деления этого множества на две части таким образом, что искомый элемент попадает в одну из этих частей. Поиск заканчивается при совпадении искомого элемента с элементом, который является границей между частями множества или при отсутствии искомого элемента.

Бинарный поиск применяется к отсортированным множествам и заключается в последовательном разбиении множества пополам и поиска элемента только в одной половине на каждой итерации.

Таким образом, идея этого метода заключается в следующем. Поиск нужного значения среди элементов упорядоченного массива (по возрастанию или по убыванию) начинается с определения значения центрального элемента этого массива. Значение данного элемента сравнивается с искомым значением и в зависимости от результатов сравнения предпринимаются определенные действия. Если искомое и центральное значения оказываются равны, то поиск завершается успешно. Если искомое значение меньше центрального или больше, то формируется массив , состоящий из элементов, находящихся слева или справа от центрального соответственно. Затем поиск повторяется в новом массиве ( рис. 37.1).

Алгоритм бинарного поиска

Шаг 1. Определить номер среднего элемента массива m >low )/2 .

Шаг 2. Если значение среднего элемента массива равно искомому, то возвращаем значение , равное номеру искомого элемента, и алгоритм завершает работу.

Шаг 3. Если искомое значение больше значения среднего элемента, то возьмем в качестве массива все элементы справа от среднего, иначе возьмем в качестве массива все элементы слева от среднего (в зависимости от характера упорядоченности). Перейдем к Шагу 1.

Читать еще:  Reset паскаль что значит

В массиве может встречаться несколько элементов со значениями, равными ключу. Данный алгоритм находит первый совпавший с ключом элемент, который в порядке следования в массиве может быть ни первым, ни последним среди равных ключу. Например, в массиве чисел 1, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 7, 8 с ключом key =5 совпадет элемент с порядковым номером 4, который не относится ни к первому, ни к последнему.

Существуют две модификации рассматриваемого алгоритма для поиска первого и последнего вхождения. Все зависит от того, как выбирается средний элемент: округлением в меньшую или большую сторону. В первом случае средний элемент относится к левой части массива, а во втором – к правой.

В процессе работы алгоритма бинарного поиска размер фрагмента, где этот поиск должен продолжаться, каждый раз уменьшается примерно в два раза. Это обеспечивает сложность алгоритма пропорциональную O(log n) , где n – количество элементов множества .

Время выполнения алгоритма бинарного поиска : если функция имеет вещественный аргумент , найти решение с точностью до можно за время , а если аргумент дискретен, то поиск решения займет 1 + log n времени.

Достоинством данного алгоритма является относительная быстрота выполнения поиска, по сравнению с алгоритмом последовательного поиска . Недостаток заключается в том, что бинарный поиск может применяться только на упорядоченном множестве.

Ключевые термины

Бинарный (двоичный, дихотомический) поиск – это поиск заданного элемента на упорядоченном множестве, осуществляемый путем неоднократного деления этого множества на две части таким образом, что искомый элемент попадает в одну из этих частей.

Ключ поиска – это поле записи, по значению которого происходит поиск

Поиск – это процесс нахождения конкретной информации в ранее созданном множестве данных.

Поиск с барьером – это модификация алгоритма последовательного поиска , ускоряющая процесс путем определения граничного элемента.

Последовательный (линейный) поиск – это простейший вид поиска заданного элемента на некотором множестве, осуществляемый путем последовательного сравнения очередного рассматриваемого значения с искомым до тех пор, пока эти значения не совпадут.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector