Глава 10. Поиск

После того, как список элементов отсортирован, может понадобиться найти определенный элемент в списке. В этой главе описаны некоторые алгоритмы для поиска элементов в упорядоченных списках. Она начинается с краткого описания сортировки методом полного перебора. Хотя этот алгоритм выполняется не так быстро, как другие, метод полного перебора является очень простым, что облегчает его реализацию и отладку. Из‑за простоты этого метода, сортировка полным перебором также выполняется быстрее других алгоритмов для очень маленьких списков.

Далее в главе описан двоичный поиск. При двоичном поиске список многократно разбивается на части, при этом для больших списков такой поиск выполняется намного быстрее, чем полный перебор. Заключенная в этом методе идея достаточно проста, но реализовать ее довольно сложно.

Затем в главе описан интерполяционный поиск. Так же, как и в методе двоичного поиска, исходный список при этом многократно разбивается на части. При использовании интерполяционного поиска, алгоритм делает предположения о том, где может находиться искомый элемент, поэтому он выполняется намного быстрее, если данные в списках распределены равномерно.

В конце главы обсуждаются методы следящего поиска. Применение этого метода иногда уменьшает время поиска в несколько раз.

Примеры программ

Программа Search демонстрирует все описанные в главе алгоритмы. Введите значение элементов, которые должен содержать список, и затем нажмите на кнопку Make List (Создать список), и программа создаст список на основе массива, в котором каждый элемент больше предыдущего на число от 0 до 5. Программа выводит значение наибольшего элемента в списке, чтобы вы представляли диапазон значений элементов.

После создания списка выберите алгоритмы, которые вы хотите использовать, установив соответствующие флажки. Затем введите значение, которое вы хотите найти и нажмите на кнопку Search (Поиск), и программа выполнит поиск элемента при помощи выбранного вами алгоритма. Так как список содержит не все возможные элементы в заданном диапазоне значений, то вам может понадобиться ввести несколько различных значений, прежде чем одно из них найдется в списке.

Программа также позволяет задать число повторений для каждого из алгоритмов поиска. Некоторые алгоритмы выполняются очень быстро, поэтому для того, чтобы сравнить их скорость, может понадобиться задать для них большое число повторений.

=======265

На рис. 10.1 показано окно программы Search после поиска элемента со значением 250.000. Этот элемент находился на позиции 99.802 в списке из 100.000 элементов. Чтобы найти этот элемент, потребовалось проверить 99.802 элемента при использовании алгоритма полного перебора, 16 элементов — при использовании двоичного поиска и всего 3 — при выполнении интерполяционного поиска.

Поиск методом полного перебора

При выполнении линейного (linear) поиска или поиска методом полного перебора (exhaustive search), поиск ведется с начала списка, и элементы перебираются последовательно, пока среди них не будет найден искомый.

Public Function LinearSearch(target As Long) As Long

Dim i As Long

For i = 1 To NumItems

If List(i) >= target Then Exit For

Next i

If i > NumItems Then

Search = 0 ' Элемент не найден.

Else

Search = i ' Элемент найден.

End If

End Function

Так как этот алгоритм проверяет элементы последовательно, то он находит элементы в начале списка быстрее, чем элементы, расположенные в конце. Наихудший случай для этого алгоритма возникает, если элемент находится в конце списка или вообще не присутствует в нем. В этих случаях, алгоритм проверяет все элементы в списке, поэтому время его выполнения сложность в наихудшем случае порядка O(N).

@Рис. 10.1. Программа Search

========266

Если элемент находится в списке, то в среднем алгоритм проверяет N/2 элементов до того, как обнаружит искомый. Таким образом, в усредненном случае время выполнения алгоритма также порядка O(N).

Хотя алгоритмы, которые выполняются за время порядка O(N), не являются очень быстрыми, этот алгоритм достаточно прост, чтобы давать на практике неплохие результаты. Для небольших списков этот алгоритм имеет приемлемую производительность.