Python实现二分查找与bisect模块详解
作者:旷世的忧伤 发布时间:2023-06-29 22:49:00
前言
其实Python 的列表(list)内部实现是一个数组,也就是一个线性表。在列表中查找元素可以使用 list.index()
方法,其时间复杂度为O(n) 。对于大数据量,则可以用二分查找进行优化。
二分查找要求对象必须有序,其基本原理如下:
1.从数组的中间元素开始,如果中间元素正好是要查找的元素,则搜素过程结束;
2.如果某一特定元素大于或者小于中间元素,则在数组大于或小于中间元素的那一半中查找,而且跟开始一样从中间元素开始比较。
3.如果在某一步骤数组为空,则代表找不到。
二分查找也成为折半查找,算法每一次比较都使搜索范围缩小一半, 其时间复杂度为 O(logn)。
我们分别用递归和循环来实现二分查找:
def binary_search_recursion(lst, value, low, high):
if high < low:
return None
mid = (low + high) / 2
if lst[mid] > value:
return binary_search_recursion(lst, value, low, mid-1)
elif lst[mid] < value:
return binary_search_recursion(lst, value, mid+1, high)
else:
return mid
def binary_search_loop(lst,value):
low, high = 0, len(lst)-1
while low <= high:
mid = (low + high) / 2
if lst[mid] < value:
low = mid + 1
elif lst[mid] > value:
high = mid - 1
else:
return mid
return None
接着对这两种实现进行一下性能测试:
if __name__ == "__main__":
import random
lst = [random.randint(0, 10000) for _ in xrange(100000)]
lst.sort()
def test_recursion():
binary_search_recursion(lst, 999, 0, len(lst)-1)
def test_loop():
binary_search_loop(lst, 999)
import timeit
t1 = timeit.Timer("test_recursion()", setup="from __main__ import test_recursion")
t2 = timeit.Timer("test_loop()", setup="from __main__ import test_loop")
print "Recursion:", t1.timeit()
print "Loop:", t2.timeit()
执行结果如下:
Recursion: 3.12596702576
Loop: 2.08254289627
可以看出循环方式比递归效率高。
bisect 模块
Python 有一个 bisect 模块,用于维护有序列表。bisect 模块实现了一个算法用于插入元素到有序列表。在一些情况下,这比反复排序列表或构造一个大的列表再排序的效率更高。Bisect 是二分法的意思,这里使用二分法来排序,它会将一个元素插入到一个有序列表的合适位置,这使得不需要每次调用 sort 的方式维护有序列表。
下面是一个简单的使用示例:
import bisect
import random
random.seed(1)
print'New Pos Contents'
print'--- --- --------'
l = []
for i in range(1, 15):
r = random.randint(1, 100)
position = bisect.bisect(l, r)
bisect.insort(l, r)
print'%3d %3d' % (r, position), l
输出结果:
New Pos Contents
--- --- --------
14 0 [14]
85 1 [14, 85]
77 1 [14, 77, 85]
26 1 [14, 26, 77, 85]
50 2 [14, 26, 50, 77, 85]
45 2 [14, 26, 45, 50, 77, 85]
66 4 [14, 26, 45, 50, 66, 77, 85]
79 6 [14, 26, 45, 50, 66, 77, 79, 85]
10 0 [10, 14, 26, 45, 50, 66, 77, 79, 85]
3 0 [3, 10, 14, 26, 45, 50, 66, 77, 79, 85]
84 9 [3, 10, 14, 26, 45, 50, 66, 77, 79, 84, 85]
44 4 [3, 10, 14, 26, 44, 45, 50, 66, 77, 79, 84, 85]
77 9 [3, 10, 14, 26, 44, 45, 50, 66, 77, 77, 79, 84, 85]
1 0 [1, 3, 10, 14, 26, 44, 45, 50, 66, 77, 77, 79, 84, 85]
Bisect模块提供的函数有:
bisect.bisect_left(a,x, lo=0, hi=len(a)) :
查找在有序列表 a 中插入 x 的index。lo 和 hi 用于指定列表的区间,默认是使用整个列表。如果 x 已经存在,在其左边插入。返回值为 index。
bisect.bisect_right(a,x, lo=0, hi=len(a))
bisect.bisect(a, x,lo=0, hi=len(a))
:
这2个函数和 bisect_left 类似,但如果 x 已经存在,在其右边插入。
bisect.insort_left(a,x, lo=0, hi=len(a))
:
在有序列表 a 中插入 x。和 a.insert(bisect.bisect_left(a,x, lo, hi), x) 的效果相同。
bisect.insort_right(a,x, lo=0, hi=len(a))
bisect.insort(a, x,lo=0, hi=len(a))
:
和 insort_left 类似,但如果 x 已经存在,在其右边插入。
Bisect 模块提供的函数可以分两类: bisect* 只用于查找 index, 不进行实际的插入;而 insort* 则用于实际插入。
该模块比较典型的应用是计算分数等级:
def grade(score,breakpoints=[60, 70, 80, 90], grades='FDCBA'):
i = bisect.bisect(breakpoints, score)
return grades[i]
print [grade(score) for score in [33, 99, 77, 70, 89, 90, 100]]
执行结果:
['F', 'A', 'C', 'C', 'B', 'A', 'A']
同样,我们可以用 bisect 模块实现二分查找:
def binary_search_bisect(lst, x):
from bisect import bisect_left
i = bisect_left(lst, x)
if i != len(lst) and lst[i] == x:
return i
return None
我们再来测试一下它与递归和循环实现的二分查找的性能:
Recursion: 4.00940990448
Loop: 2.6583480835
Bisect: 1.74922895432
可以看到其比循环实现略快,比递归实现差不多要快一半。
Python 著名的数据处理库 numpy 也有一个用于二分查找的函数 numpy.searchsorted
, 用法与 bisect 基本相同,只不过如果要右边插入时,需要设置参数 side='right',例如:
>>> import numpy as np
>>> from bisect import bisect_left, bisect_right
>>> data = [2, 4, 7, 9]
>>> bisect_left(data, 4)
1
>>> np.searchsorted(data, 4)
1
>>> bisect_right(data, 4)
2
>>> np.searchsorted(data, 4, side='right')
2
那么,我们再来比较一下性能:
In [20]: %timeit -n 100 bisect_left(data, 99999)
100 loops, best of 3: 670 ns per loop
In [21]: %timeit -n 100 np.searchsorted(data, 99999)
100 loops, best of 3: 56.9 ms per loop
In [22]: %timeit -n 100 bisect_left(data, 8888)
100 loops, best of 3: 961 ns per loop
In [23]: %timeit -n 100 np.searchsorted(data, 8888)
100 loops, best of 3: 57.6 ms per loop
In [24]: %timeit -n 100 bisect_left(data, 777777)
100 loops, best of 3: 670 ns per loop
In [25]: %timeit -n 100 np.searchsorted(data, 777777)
100 loops, best of 3: 58.4 ms per loop
可以发现 numpy.searchsorted
效率是很低的,跟 bisect 根本不在一个数量级上。因此 searchsorted 不适合用于搜索普通的数组,但是它用来搜索 numpy.ndarray
是相当快的:
In [30]: data_ndarray = np.arange(0, 1000000)
In [31]: %timeit np.searchsorted(data_ndarray, 99999)
The slowest run took 16.04 times longer than the fastest. This could mean that an intermediate result is being cached.
1000000 loops, best of 3: 996 ns per loop
In [32]: %timeit np.searchsorted(data_ndarray, 8888)
The slowest run took 18.22 times longer than the fastest. This could mean that an intermediate result is being cached.
1000000 loops, best of 3: 994 ns per loop
In [33]: %timeit np.searchsorted(data_ndarray, 777777)
The slowest run took 31.32 times longer than the fastest. This could mean that an intermediate result is being cached.
1000000 loops, best of 3: 990 ns per loop
numpy.searchsorted
可以同时搜索多个值:
>>> np.searchsorted([1,2,3,4,5], 3)
2
>>> np.searchsorted([1,2,3,4,5], 3, side='right')
3
>>> np.searchsorted([1,2,3,4,5], [-10, 10, 2, 3])
array([0, 5, 1, 2])
来源:http://kuanghy.github.io/2016/06/14/python-bisect


猜你喜欢
- js 获取经纬度的实现方法<!-- copyright (c) 2009 Google inc. You are free to
- 创建表&创建索引create table tbl1 (id int unique, sname varchar(50),index
- 数据库对于服务端开发人员来说,几乎就是左膀右臂。几乎每一个服务端开发人员都要和数据库打交道。而MySQL又以其开源免费,小巧玲珑,简单易用,
- 一、开发接口的作用1、mock接口:模拟一些接口。有一些有关联的接口,在别的接口没有开发好的时候,需要用这个接口,就可以写一个假接口,返回想
- 首先你得引入bootstrap与jquery推荐一个CDN:http://cdn.gbtags.com/index.html然后就是开始编写
- 一SQL报表常常会遇到在表格中的相除,如果分母为零,一般会显示错误号,我们可以这么处理:(加上是A/B)=A / iif(B=0,99999
- 一、下载MySQL数据库并进行安装和配置下载地址:https://dev.mysql.com/downloads/installer/二、下
- 概述Vue 在插入、更新或者移除 DOM 时,提供多种不同方式的应用过渡效果。包括以下工具:在 CSS 过渡和动画中自动应用 class可以
- DELETE 语句DELETE 语句用于删除记录,语法如下:(与 “UPDATE” 语法较为相似)D
- 一、实验内容编写一Python程序,要求实现以下功能:读入一幅图像。使用两种以上的方法分别向图像中添加噪声。输出一幅二值图像,图像中未加入噪
- 路由控制匹配本文主要分析下express的核心功能路由的使用。express路由的匹配规则:支持模糊匹配,同一个路由可能命中多个定义的路由r
- 前言首先来讲一下服务端渲染,直白的说就是在服务端拿数据进行解析渲染,直接生成html片段返回给前端。具体用法也有很多种比如:传统的服务端模板
- 本文实例讲述了python中sys.argv参数用法。分享给大家供大家参考。具体分析如下:在学python的过程中,一直弄不明白sys.ar
- 问题你想使用一个Python字典存储数据,并将它转换成XML格式。解决方案尽管 xml.etree.ElementTree 库通常用来做解析
- <!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD XHTML 1.0 Transitional//EN&
- 开发工具**Python版本:**3.6.4相关模块:scikit-learn模块;jieba模块;numpy模块;以及一些Python自带
- 一、推理原理1.先去《英雄联盟》官网找到英雄及皮肤图片的网址:http://lol.qq.com/data/info-heros.shtml
- 之前在osc看到一个文章讨论Get和Post的不同, 有人说不能用Get来上传文件。这就是用Get上传文件的例子,client用来发Get请
- 目录jQuery的$.ajaxWebpack时代的开始深入了解Promise消灭嵌套await-to-js总结jQuery的$.ajax在开
- 例如你的原路径是 http://localhost/test/index.php/index/add那么现在的地址是 http://loca