Как выполнить бинарный поиск в IList <T>?

Ответ 1

Я сомневаюсь, что в .NET существует такой метод двоичного поиска общего назначения, за исключением того, что он присутствует в некоторых базовых классах (но, видимо, не в интерфейсах), поэтому здесь моя общая цель.

public static Int32 BinarySearchIndexOf<T>(this IList<T> list, T value, IComparer<T> comparer = null)
{
    if (list == null)
        throw new ArgumentNullException(nameof(list));

    comparer = comparer ?? Comparer<T>.Default;

    Int32 lower = 0;
    Int32 upper = list.Count - 1;

    while (lower <= upper)
    {
        Int32 middle = lower + (upper - lower) / 2;
        Int32 comparisonResult = comparer.Compare(value, list[middle]);
        if (comparisonResult == 0)
            return middle;
        else if (comparisonResult < 0)
            upper = middle - 1;
        else
            lower = middle + 1;
    }

    return ~lower;
}

Это, конечно, предполагает, что список, о котором идет речь, уже отсортирован по тем же правилам, которые использует компаратор.

Ответ 2

Мне нравится решение с методом расширения. Тем не менее, немного предупреждения в порядке.

Это эффективная реализация Джона Бентли из его книги "Программирование жемчуга", и она умеренно связана с ошибкой с числовым переполнением, которое не было обнаружено в течение 20 лет или около того. (Верхний + нижний) может переполнять Int32, если у вас есть большое количество элементов в IList. Решением к этому является сделать средний расчет немного по-другому, используя вычитание; Средний = Нижний + (Верхний - Нижний)/2;

Bentley также предупредил в Programming Pearls, что, хотя алгоритм бинарного поиска был опубликован в 1946 году, и первая правильная реализация не была опубликована до 1962 года.

http://en.wikipedia.org/wiki/Binary_search#Numerical_difficulties

Ответ 3

Вот моя версия кода Лассе. Я считаю полезным иметь возможность использовать лямбда-выражение для выполнения поиска. При поиске в списке объектов разрешается передавать только тот ключ, который использовался для сортировки. Реализации, использующие IComparer, тривиально получены из этого.

Я также хотел бы вернуться ~ ниже, когда совпадение не найдено. Array.BinarySearch делает это и позволяет вам знать, куда должен быть вставлен искомый элемент, чтобы сохранить порядок.

/// <summary>
/// Performs a binary search on the specified collection.
/// </summary>
/// <typeparam name="TItem">The type of the item.</typeparam>
/// <typeparam name="TSearch">The type of the searched item.</typeparam>
/// <param name="list">The list to be searched.</param>
/// <param name="value">The value to search for.</param>
/// <param name="comparer">The comparer that is used to compare the value
/// with the list items.</param>
/// <returns></returns>
public static int BinarySearch<TItem, TSearch>(this IList<TItem> list,
    TSearch value, Func<TSearch, TItem, int> comparer)
{
    if (list == null)
    {
        throw new ArgumentNullException("list");
    }
    if (comparer == null)
    {
        throw new ArgumentNullException("comparer");
    }

    int lower = 0;
    int upper = list.Count - 1;

    while (lower <= upper)
    {
        int middle = lower + (upper - lower) / 2;
        int comparisonResult = comparer(value, list[middle]);
        if (comparisonResult < 0)
        {
            upper = middle - 1;
        }
        else if (comparisonResult > 0)
        {
            lower = middle + 1;
        }
        else
        {
            return middle;
        }
    }

    return ~lower;
}

/// <summary>
/// Performs a binary search on the specified collection.
/// </summary>
/// <typeparam name="TItem">The type of the item.</typeparam>
/// <param name="list">The list to be searched.</param>
/// <param name="value">The value to search for.</param>
/// <returns></returns>
public static int BinarySearch<TItem>(this IList<TItem> list, TItem value)
{
    return BinarySearch(list, value, Comparer<TItem>.Default);
}

/// <summary>
/// Performs a binary search on the specified collection.
/// </summary>
/// <typeparam name="TItem">The type of the item.</typeparam>
/// <param name="list">The list to be searched.</param>
/// <param name="value">The value to search for.</param>
/// <param name="comparer">The comparer that is used to compare the value
/// with the list items.</param>
/// <returns></returns>
public static int BinarySearch<TItem>(this IList<TItem> list, TItem value,
    IComparer<TItem> comparer)
{
    return list.BinarySearch(value, comparer.Compare);
}

Ответ 4

Я боролся с получением этого права в течение некоторого времени. В частности, возвращаемые значения для крайних случаев, как указано в MSDN: http://msdn.microsoft.com/en-us/library/w4e7fxsh.aspx

Теперь я скопировал ArraySortHelper.InternalBinarySearch() из .NET 4.0 и сделал свой собственный аромат по разным причинам.

Использование:

var numbers = new List<int>() { ... };
var items = new List<FooInt>() { ... };

int result1 = numbers.BinarySearchIndexOf(5);
int result2 = items.BinarySearchIndexOfBy(foo => foo.bar, 5);

Это должно работать со всеми типами .NET. Я пробовал int, long и double до сих пор.

Реализация:

public static class BinarySearchUtils
{
    public static int BinarySearchIndexOf<TItem>(this IList<TItem> list,
        TItem targetValue, IComparer<TItem> comparer = null)
    {
        Func<TItem, TItem, int> compareFunc =
            comparer != null ? comparer.Compare :
            (Func<TItem, TItem, int>) Comparer<TItem>.Default.Compare;
        int index = BinarySearchIndexOfBy(list, compareFunc, targetValue);
        return index;
    }

    public static int BinarySearchIndexOfBy<TItem, TValue>(this IList<TItem> list,
        Func<TItem, TValue, int> comparer, TValue value)
    {
        if (list == null)
            throw new ArgumentNullException("list");

        if (comparer == null)
            throw new ArgumentNullException("comparer");

        if (list.Count == 0)
            return -1;

        // Implementation below copied largely from .NET4
        // ArraySortHelper.InternalBinarySearch()
        int lo = 0;
        int hi = list.Count - 1;
        while (lo <= hi)
        {
            int i = lo + ((hi - lo) >> 1);
            int order = comparer(list[i], value);

            if (order == 0)
                return i;
            if (order < 0)
            {
                lo = i + 1;
            }
            else
            {
                hi = i - 1;
            }
        }

        return ~lo;
    }
}

Юнит-тесты:

[TestFixture]
public class BinarySearchUtilsTest
{
    [Test]
    public void BinarySearchReturnValueByMsdnSpecification()
    {
        var numbers = new List<int>() { 1, 3 };

        // Following the MSDN documentation for List<T>.BinarySearch:
        // http://msdn.microsoft.com/en-us/library/w4e7fxsh.aspx

        // The zero-based index of item in the sorted List(Of T), if item is found;
        int index = numbers.BinarySearchIndexOf(1);
        Assert.AreEqual(0, index);

        index = numbers.BinarySearchIndexOf(3);
        Assert.AreEqual(1, index);


        // otherwise, a negative number that is the bitwise complement of the
        // index of the next element that is larger than item
        index = numbers.BinarySearchIndexOf(0);
        Assert.AreEqual(~0, index);

        index = numbers.BinarySearchIndexOf(2);
        Assert.AreEqual(~1, index);


        // or, if there is no larger element, the bitwise complement of Count.
        index = numbers.BinarySearchIndexOf(4);
        Assert.AreEqual(~numbers.Count, index);
    }
}

Я просто вычеркнул это из своего кода, поэтому, пожалуйста, прокомментируйте, если он не работает "из коробки".

Надеюсь, что это решит проблему с работающей реализацией раз и навсегда, по крайней мере, в соответствии со спецификациями MSDN.

Ответ 5

У вас будет несколько проблем с двоичным поиском IList<T>. Во-первых, как вы уже упоминали, метод BinarySearch на List<T> не является членом интерфейса IList<T>. Во-вторых, у вас нет способа сортировки списка перед поиском (что вы должны сделать для работы бинарного поиска).

Я думаю, что лучше всего создать новый List<T>, отсортировать его, а затем выполнить поиск. Это не идеально, но вам не нужно много вариантов, если у вас есть IList<T>.

Ответ 6

Обратите внимание, что в реализации, предоставленной Антуаном, есть ошибка: при поиске элемента, большего, чем все в списке. Возвращаемое значение должно быть ~ ниже не ~ среднее. Декомпилируйте метод ArraySortHelper.InternalBinarySearch(mscorlib), чтобы увидеть реализацию фреймворка.

Ответ 7

Если вам нужна готовая реализация для двоичного поиска на IList<T> s, Wintellect Power Collections имеет один (в Algorithms.cs):

/// <summary>
/// Searches a sorted list for an item via binary search. The list must be sorted
/// by the natural ordering of the type (it implementation of IComparable&lt;T&gt;).
/// </summary>
/// <param name="list">The sorted list to search.</param>
/// <param name="item">The item to search for.</param>
/// <param name="index">Returns the first index at which the item can be found. If the return
/// value is zero, indicating that <paramref name="item"/> was not present in the list, then this
/// returns the index at which <paramref name="item"/> could be inserted to maintain the sorted
/// order of the list.</param>
/// <returns>The number of items equal to <paramref name="item"/> that appear in the list.</returns>
public static int BinarySearch<T>(IList<T> list, T item, out int index)
        where T: IComparable<T>
{
    // ...
}

Ответ 8

Вы можете использовать List<T>.BinarySearch(T item). Если вы хотите использовать пользовательский сопоставитель, используйте List<T>.BinarySearch(T item, IComparer<T> comparer). Подробнее см. В этой MSDN ссылка.

Ответ 9

Если вы можете использовать .NET 3.5, вы можете использовать сборку в методах расширения Linq:

using System.Linq;

IList<string> ls = ...;
var orderedList = ls.OrderBy(x => x).ToList();
orderedList.BinarySearch(...);

Тем не менее, это действительно немного другой способ перехода к решению Andrew Hare, и это действительно полезно, если вы много раз просматриваете тот же упорядоченный список.

Ответ 10

Имейте в виду, что бинарный поиск может быть весьма неэффективным для некоторых реализаций списка. Например, для связанного списка это O (n), если вы его правильно реализуете и O (n log n), если вы реализуете его наивно.

Ответ 11

Обратите внимание, что хотя List и IList не имеют метода BinarySearch, SortedList делает.