Căutare prin interpolare
Având în vedere o matrice sortată de n valori distribuite uniform arr[] scrieți o funcție pentru a căuta un anumit element x în matrice.
Căutarea liniară găsește elementul în timp O(n). Salt de căutare ia O(n) timp și Căutare binară ia timp O(log n).
Căutarea prin interpolare este o îmbunătățire față de Căutare binară pentru cazurile în care valorile dintr-o matrice sortată sunt distribuite uniform. Interpolarea construiește noi puncte de date în intervalul unui set discret de puncte de date cunoscute. Căutarea binară merge întotdeauna la elementul din mijloc pentru a verifica. Pe de altă parte, căutarea prin interpolare poate merge în diferite locații în funcție de valoarea cheii căutate. De exemplu, dacă valoarea cheii este mai aproape de ultimul element, căutarea prin interpolare este probabil să înceapă căutarea spre partea finală.
Pentru a găsi poziția de căutat folosește următoarea formulă.
// Ideea formulei este de a returna o valoare mai mare a pos
// când elementul de căutat este mai aproape de arr[hi]. Şi
// valoare mai mică când este mai aproape de arr[lo]arr[] ==> Matrice unde elementele trebuie căutate
x ==> Element de căutat
lo ==> Index de pornire în arr[]
salut ==> Se termină indexul în arr[]
după = +
Există multe metode de interpolare diferite și una dintre ele este cunoscută sub numele de interpolare liniară. Interpolarea liniară necesită două puncte de date pe care le presupunem ca (x1y1) și (x2y2), iar formula este: în punctul(xy).
Acest algoritm funcționează într-un mod în care căutăm un cuvânt într-un dicționar. Algoritmul de căutare prin interpolare îmbunătățește algoritmul de căutare binar. Formula pentru găsirea unei valori este: K = > K este o constantă care este folosită pentru a restrânge spațiul de căutare. În cazul căutării binare, valoarea pentru această constantă este: K=(low+high)/2.
Formula pentru pos poate fi derivată după cum urmează.
Let's assume that the elements of the array are linearly distributed.
General equation of line : y = m*x + c.
y is the value in the array and x is its index.
Now putting value of lohi and x in the equation
arr[hi] = m*hi+c ----(1)
arr[lo] = m*lo+c ----(2)
x = m*pos + c ----(3)
m = (arr[hi] - arr[lo] )/ (hi - lo)
subtracting eqxn (2) from (3)
x - arr[lo] = m * (pos - lo)
lo + (x - arr[lo])/m = pos
pos = lo + (x - arr[lo]) *(hi - lo)/(arr[hi] - arr[lo])Algoritm
Restul algoritmului de interpolare este același, cu excepția logicii de partiție de mai sus.
- Pasul 1: Într-o buclă calculați valoarea „pos” folosind formula poziției sondei.
- Pasul 2: Dacă este o potrivire, întoarceți indexul articolului și ieșiți.
- Pasul 3: Dacă elementul este mai mic decât arr[pos] calculați poziția sondei a sub-matricei din stânga. În caz contrar, calculați același lucru în sub-matricea din dreapta.
- Pasul 4: Repetați până când se găsește o potrivire sau sub-matricea se reduce la zero.
Mai jos este implementarea algoritmului.
// C++ program to implement interpolation // search with recursion #include using namespace std ; // If x is present in arr[0..n-1] then returns // index of it else returns -1. int interpolationSearch ( int arr [] int lo int hi int x ) { int pos ; // Since array is sorted an element present // in array must be in range defined by corner if ( lo <= hi && x >= arr [ lo ] && x <= arr [ hi ]) { // Probing the position with keeping // uniform distribution in mind. pos = lo + ((( double )( hi - lo ) / ( arr [ hi ] - arr [ lo ])) * ( x - arr [ lo ])); // Condition of target found if ( arr [ pos ] == x ) return pos ; // If x is larger x is in right sub array if ( arr [ pos ] < x ) return interpolationSearch ( arr pos + 1 hi x ); // If x is smaller x is in left sub array if ( arr [ pos ] > x ) return interpolationSearch ( arr lo pos - 1 x ); } return -1 ; } // Driver Code int main () { // Array of items on which search will // be conducted. int arr [] = { 10 12 13 16 18 19 20 21 22 23 24 33 35 42 47 }; int n = sizeof ( arr ) / sizeof ( arr [ 0 ]); // Element to be searched int x = 18 ; int index = interpolationSearch ( arr 0 n - 1 x ); // If element was found if ( index != -1 ) cout < < 'Element found at index ' < < index ; else cout < < 'Element not found.' ; return 0 ; } // This code is contributed by equbalzeeshan
C // C program to implement interpolation search // with recursion #include // If x is present in arr[0..n-1] then returns // index of it else returns -1. int interpolationSearch ( int arr [] int lo int hi int x ) { int pos ; // Since array is sorted an element present // in array must be in range defined by corner if ( lo <= hi && x >= arr [ lo ] && x <= arr [ hi ]) { // Probing the position with keeping // uniform distribution in mind. pos = lo + ((( double )( hi - lo ) / ( arr [ hi ] - arr [ lo ])) * ( x - arr [ lo ])); // Condition of target found if ( arr [ pos ] == x ) return pos ; // If x is larger x is in right sub array if ( arr [ pos ] < x ) return interpolationSearch ( arr pos + 1 hi x ); // If x is smaller x is in left sub array if ( arr [ pos ] > x ) return interpolationSearch ( arr lo pos - 1 x ); } return -1 ; } // Driver Code int main () { // Array of items on which search will // be conducted. int arr [] = { 10 12 13 16 18 19 20 21 22 23 24 33 35 42 47 }; int n = sizeof ( arr ) / sizeof ( arr [ 0 ]); int x = 18 ; // Element to be searched int index = interpolationSearch ( arr 0 n - 1 x ); // If element was found if ( index != -1 ) printf ( 'Element found at index %d' index ); else printf ( 'Element not found.' ); return 0 ; }
Java // Java program to implement interpolation // search with recursion import java.util.* ; class GFG { // If x is present in arr[0..n-1] then returns // index of it else returns -1. public static int interpolationSearch ( int arr [] int lo int hi int x ) { int pos ; // Since array is sorted an element // present in array must be in range // defined by corner if ( lo <= hi && x >= arr [ lo ] && x <= arr [ hi ] ) { // Probing the position with keeping // uniform distribution in mind. pos = lo + ((( hi - lo ) / ( arr [ hi ] - arr [ lo ] )) * ( x - arr [ lo ] )); // Condition of target found if ( arr [ pos ] == x ) return pos ; // If x is larger x is in right sub array if ( arr [ pos ] < x ) return interpolationSearch ( arr pos + 1 hi x ); // If x is smaller x is in left sub array if ( arr [ pos ] > x ) return interpolationSearch ( arr lo pos - 1 x ); } return - 1 ; } // Driver Code public static void main ( String [] args ) { // Array of items on which search will // be conducted. int arr [] = { 10 12 13 16 18 19 20 21 22 23 24 33 35 42 47 }; int n = arr . length ; // Element to be searched int x = 18 ; int index = interpolationSearch ( arr 0 n - 1 x ); // If element was found if ( index != - 1 ) System . out . println ( 'Element found at index ' + index ); else System . out . println ( 'Element not found.' ); } } // This code is contributed by equbalzeeshan
Python # Python3 program to implement # interpolation search # with recursion # If x is present in arr[0..n-1] then # returns index of it else returns -1. def interpolationSearch ( arr lo hi x ): # Since array is sorted an element present # in array must be in range defined by corner if ( lo <= hi and x >= arr [ lo ] and x <= arr [ hi ]): # Probing the position with keeping # uniform distribution in mind. pos = lo + (( hi - lo ) // ( arr [ hi ] - arr [ lo ]) * ( x - arr [ lo ])) # Condition of target found if arr [ pos ] == x : return pos # If x is larger x is in right subarray if arr [ pos ] < x : return interpolationSearch ( arr pos + 1 hi x ) # If x is smaller x is in left subarray if arr [ pos ] > x : return interpolationSearch ( arr lo pos - 1 x ) return - 1 # Driver code # Array of items in which # search will be conducted arr = [ 10 12 13 16 18 19 20 21 22 23 24 33 35 42 47 ] n = len ( arr ) # Element to be searched x = 18 index = interpolationSearch ( arr 0 n - 1 x ) if index != - 1 : print ( 'Element found at index' index ) else : print ( 'Element not found' ) # This code is contributed by Hardik Jain
C# // C# program to implement // interpolation search using System ; class GFG { // If x is present in // arr[0..n-1] then // returns index of it // else returns -1. static int interpolationSearch ( int [] arr int lo int hi int x ) { int pos ; // Since array is sorted an element // present in array must be in range // defined by corner if ( lo <= hi && x >= arr [ lo ] && x <= arr [ hi ]) { // Probing the position // with keeping uniform // distribution in mind. pos = lo + ((( hi - lo ) / ( arr [ hi ] - arr [ lo ])) * ( x - arr [ lo ])); // Condition of // target found if ( arr [ pos ] == x ) return pos ; // If x is larger x is in right sub array if ( arr [ pos ] < x ) return interpolationSearch ( arr pos + 1 hi x ); // If x is smaller x is in left sub array if ( arr [ pos ] > x ) return interpolationSearch ( arr lo pos - 1 x ); } return - 1 ; } // Driver Code public static void Main () { // Array of items on which search will // be conducted. int [] arr = new int []{ 10 12 13 16 18 19 20 21 22 23 24 33 35 42 47 }; // Element to be searched int x = 18 ; int n = arr . Length ; int index = interpolationSearch ( arr 0 n - 1 x ); // If element was found if ( index != - 1 ) Console . WriteLine ( 'Element found at index ' + index ); else Console . WriteLine ( 'Element not found.' ); } } // This code is contributed by equbalzeeshan
JavaScript < script > // Javascript program to implement Interpolation Search // If x is present in arr[0..n-1] then returns // index of it else returns -1. function interpolationSearch ( arr lo hi x ){ let pos ; // Since array is sorted an element present // in array must be in range defined by corner if ( lo <= hi && x >= arr [ lo ] && x <= arr [ hi ]) { // Probing the position with keeping // uniform distribution in mind. pos = lo + Math . floor ((( hi - lo ) / ( arr [ hi ] - arr [ lo ])) * ( x - arr [ lo ]));; // Condition of target found if ( arr [ pos ] == x ){ return pos ; } // If x is larger x is in right sub array if ( arr [ pos ] < x ){ return interpolationSearch ( arr pos + 1 hi x ); } // If x is smaller x is in left sub array if ( arr [ pos ] > x ){ return interpolationSearch ( arr lo pos - 1 x ); } } return - 1 ; } // Driver Code let arr = [ 10 12 13 16 18 19 20 21 22 23 24 33 35 42 47 ]; let n = arr . length ; // Element to be searched let x = 18 let index = interpolationSearch ( arr 0 n - 1 x ); // If element was found if ( index != - 1 ){ document . write ( `Element found at index ${ index } ` ) } else { document . write ( 'Element not found' ); } // This code is contributed by _saurabh_jaiswal < /script>
PHP // PHP program to implement $erpolation search // with recursion // If x is present in arr[0..n-1] then returns // index of it else returns -1. function interpolationSearch ( $arr $lo $hi $x ) { // Since array is sorted an element present // in array must be in range defined by corner if ( $lo <= $hi && $x >= $arr [ $lo ] && $x <= $arr [ $hi ]) { // Probing the position with keeping // uniform distribution in mind. $pos = ( int )( $lo + ((( double )( $hi - $lo ) / ( $arr [ $hi ] - $arr [ $lo ])) * ( $x - $arr [ $lo ]))); // Condition of target found if ( $arr [ $pos ] == $x ) return $pos ; // If x is larger x is in right sub array if ( $arr [ $pos ] < $x ) return interpolationSearch ( $arr $pos + 1 $hi $x ); // If x is smaller x is in left sub array if ( $arr [ $pos ] > $x ) return interpolationSearch ( $arr $lo $pos - 1 $x ); } return - 1 ; } // Driver Code // Array of items on which search will // be conducted. $arr = array ( 10 12 13 16 18 19 20 21 22 23 24 33 35 42 47 ); $n = sizeof ( $arr ); $x = 47 ; // Element to be searched $index = interpolationSearch ( $arr 0 $n - 1 $x ); // If element was found if ( $index != - 1 ) echo 'Element found at index ' . $index ; else echo 'Element not found.' ; return 0 ; #This code is contributed by Susobhan Akhuli ?>
Ieșire
Element found at index 4
Complexitatea timpului: O (log 2 (log 2 n)) pentru cazul mediu și O(n) pentru cel mai rău caz
Complexitatea spațiului auxiliar: O(1)
O altă abordare: -
Aceasta este abordarea prin iterație pentru căutarea prin interpolare.
- Pasul 1: Într-o buclă calculați valoarea „pos” folosind formula poziției sondei.
- Pasul 2: Dacă este o potrivire, întoarceți indexul articolului și ieșiți.
- Pasul 3: Dacă elementul este mai mic decât arr[pos] calculați poziția sondei a sub-matricei din stânga. În caz contrar, calculați același lucru în sub-matricea din dreapta.
- Pasul 4: Repetați până când se găsește o potrivire sau sub-matricea se reduce la zero.
Mai jos este implementarea algoritmului.
C++ // C++ program to implement interpolation search by using iteration approach #include using namespace std ; int interpolationSearch ( int arr [] int n int x ) { // Find indexes of two corners int low = 0 high = ( n - 1 ); // Since array is sorted an element present // in array must be in range defined by corner while ( low <= high && x >= arr [ low ] && x <= arr [ high ]) { if ( low == high ) { if ( arr [ low ] == x ) return low ; return -1 ; } // Probing the position with keeping // uniform distribution in mind. int pos = low + ((( double )( high - low ) / ( arr [ high ] - arr [ low ])) * ( x - arr [ low ])); // Condition of target found if ( arr [ pos ] == x ) return pos ; // If x is larger x is in upper part if ( arr [ pos ] < x ) low = pos + 1 ; // If x is smaller x is in the lower part else high = pos - 1 ; } return -1 ; } // Main function int main () { // Array of items on whighch search will // be conducted. int arr [] = { 10 12 13 16 18 19 20 21 22 23 24 33 35 42 47 }; int n = sizeof ( arr ) / sizeof ( arr [ 0 ]); int x = 18 ; // Element to be searched int index = interpolationSearch ( arr n x ); // If element was found if ( index != -1 ) cout < < 'Element found at index ' < < index ; else cout < < 'Element not found.' ; return 0 ; } //this code contributed by Ajay Singh
Java // Java program to implement interpolation // search with recursion import java.util.* ; class GFG { // If x is present in arr[0..n-1] then returns // index of it else returns -1. public static int interpolationSearch ( int arr [] int lo int hi int x ) { int pos ; if ( lo <= hi && x >= arr [ lo ] && x <= arr [ hi ] ) { // Probing the position with keeping // uniform distribution in mind. pos = lo + ((( hi - lo ) / ( arr [ hi ] - arr [ lo ] )) * ( x - arr [ lo ] )); // Condition of target found if ( arr [ pos ] == x ) return pos ; // If x is larger x is in right sub array if ( arr [ pos ] < x ) return interpolationSearch ( arr pos + 1 hi x ); // If x is smaller x is in left sub array if ( arr [ pos ] > x ) return interpolationSearch ( arr lo pos - 1 x ); } return - 1 ; } // Driver Code public static void main ( String [] args ) { // Array of items on which search will // be conducted. int arr [] = { 10 12 13 16 18 19 20 21 22 23 24 33 35 42 47 }; int n = arr . length ; // Element to be searched int x = 18 ; int index = interpolationSearch ( arr 0 n - 1 x ); // If element was found if ( index != - 1 ) System . out . println ( 'Element found at index ' + index ); else System . out . println ( 'Element not found.' ); } }
Python # Python equivalent of above C++ code # Python program to implement interpolation search by using iteration approach def interpolationSearch ( arr n x ): # Find indexes of two corners low = 0 high = ( n - 1 ) # Since array is sorted an element present # in array must be in range defined by corner while low <= high and x >= arr [ low ] and x <= arr [ high ]: if low == high : if arr [ low ] == x : return low ; return - 1 ; # Probing the position with keeping # uniform distribution in mind. pos = int ( low + ((( float ( high - low ) / ( arr [ high ] - arr [ low ])) * ( x - arr [ low ])))) # Condition of target found if arr [ pos ] == x : return pos # If x is larger x is in upper part if arr [ pos ] < x : low = pos + 1 ; # If x is smaller x is in lower part else : high = pos - 1 ; return - 1 # Main function if __name__ == '__main__' : # Array of items on whighch search will # be conducted. arr = [ 10 12 13 16 18 19 20 21 22 23 24 33 35 42 47 ] n = len ( arr ) x = 18 # Element to be searched index = interpolationSearch ( arr n x ) # If element was found if index != - 1 : print ( 'Element found at index' index ) else : print ( 'Element not found' )
C# // C# program to implement interpolation search by using // iteration approach using System ; class Program { // Interpolation Search function static int InterpolationSearch ( int [] arr int n int x ) { int low = 0 ; int high = n - 1 ; while ( low <= high && x >= arr [ low ] && x <= arr [ high ]) { if ( low == high ) { if ( arr [ low ] == x ) return low ; return - 1 ; } int pos = low + ( int )((( float )( high - low ) / ( arr [ high ] - arr [ low ])) * ( x - arr [ low ])); if ( arr [ pos ] == x ) return pos ; if ( arr [ pos ] < x ) low = pos + 1 ; else high = pos - 1 ; } return - 1 ; } // Main function static void Main ( string [] args ) { int [] arr = { 10 12 13 16 18 19 20 21 22 23 24 33 35 42 47 }; int n = arr . Length ; int x = 18 ; int index = InterpolationSearch ( arr n x ); if ( index != - 1 ) Console . WriteLine ( 'Element found at index ' + index ); else Console . WriteLine ( 'Element not found' ); } } // This code is contributed by Susobhan Akhuli
JavaScript // JavaScript program to implement interpolation search by using iteration approach function interpolationSearch ( arr n x ) { // Find indexes of two corners let low = 0 ; let high = n - 1 ; // Since array is sorted an element present // in array must be in range defined by corner while ( low <= high && x >= arr [ low ] && x <= arr [ high ]) { if ( low == high ) { if ( arr [ low ] == x ) { return low ; } return - 1 ; } // Probing the position with keeping // uniform distribution in mind. let pos = Math . floor ( low + ((( high - low ) / ( arr [ high ] - arr [ low ])) * ( x - arr [ low ]))); // Condition of target found if ( arr [ pos ] == x ) { return pos ; } // If x is larger x is in upper part if ( arr [ pos ] < x ) { low = pos + 1 ; } // If x is smaller x is in lower part else { high = pos - 1 ; } } return - 1 ; } // Main function let arr = [ 10 12 13 16 18 19 20 21 22 23 24 33 35 42 47 ]; let n = arr . length ; let x = 18 ; // Element to be searched let index = interpolationSearch ( arr n x ); // If element was found if ( index != - 1 ) { console . log ( 'Element found at index' index ); } else { console . log ( 'Element not found' ); }
Ieșire
Element found at index 4
Complexitatea timpului: O(log2(log2 n)) pentru cazul mediu și O(n) pentru cel mai rău caz
Complexitatea spațiului auxiliar: O(1)
