C++ 이진 탐색/이분 탐색(Binray Search)

C++ 이진 탐색/이분 탐색(Binray Search)

병뚜껑 치기 후에는 업 앤 다운이 국룰입니다.

이진 탐색이란

이진 탐색은 정렬된 배열 내에서 데이터를 (log2N)의 시간 내에 찾을 수 있는 검색 알고리즘입니다.
데이터가 정렬되어 있어야 한다는 기저 조건이 붙지만, 시간 복잡도가 O(log2N) 밖에 안되기 때문에 매우 유용하게 사용됩니다.

뿐만 아니라 생각보다 많은 면접에서 ‘이진 탐색을 A4용지에 손코딩으로 구현해 보세요.’ 라는 문제를 내기도 하는 단골 출제 유형이기도 합니다.
(실제로 취준생 때 4곳의 면접 중 2번이나 이진 탐색 구현을 요청 받았습니다.)

아마 많은 분들이 실제 이론을 접하지 못했더라도, 술게임 업 앤 다운을 하면서 본능적으로 사용하셨을 겁니다.
1~50 사이의 숫자가 적혀 있는 소주 병뚜껑의 번호를 맞추는 데에는 (트롤이 없다는 가정하에) 6번 안에 무조건 숫자를 맞출 수 잇습니다.

이론

이론은 매우 간단합니다.
주어진 범위의 중앙값과 찾으려는 값을 비교해서, 둘이 같다면 값이 존재하는 것이고,
찾으려는 값이 중앙값보다 작다면 범위를 왼쪽 절반으로 한정시켜 다시 중앙값과 비교하고,
찾으려는 값이 중앙값보다 크다면 범위를 오른쪽 절반으로 한정시켜 비교를 진행합니다.

한 번의 비교 연산으로 범위가 절반으로 줄어들기 때문에 O(log2N)이 됩니다.
즉, 크기가 1,000,000,000(10억)인 배열에서 원하는 값의 존재 여부를 찾는데 30번의 비교 연산밖에 안걸립니다.

구현

/*
  If data 'x' exists within the given array, return true.
  Else return false.
*/
template <typename T>
bool binary_search(T arr[], int left, int right, const T& x) {
  int l = left, r = right;
  while (l <= r) {
    int m = (l + r) / 2;  // Use r - ((r - l) / 2) to prevent overflow
    if (arr[m] == x)      // Number Found
      return true;
    else if (arr[m] < x)
      l = m + 1;          // Search for upper half
    else
      r = m - 1;          // Search for lower half
  }
  return false;           // Number Not Found
}

template<typename T>
bool binary_search(T* arr, T* end, const T& x) {
  int l = 0, r = (end - arr) - 1;
  while (l <= r) {
    int m = (l + r) / 2;  // Use r - ((r - l) / 2) to prevent overflow
    if (arr[m] == x)      // Number Found
      return true;
    else if (arr[m] < x)
      l = m + 1;          // Search for upper half
    else
      r = m - 1;          // Search for lower half
  }
  return false;           // Number Not Found
}

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