PHP有序表查找插值查找算法步骤详解

前言：

在前面我们介绍了二分查找，但是我们考虑一下，为什么一定要折半呢？而不是折四分之一或者更多？

打个比方，在英文词典里查找“apple”，你下意识里翻开词典是翻前面的书页还是后面的书页呢？如果再查“zoo”,你又会怎么查？显然你不会从词典中间开始查起，而是有一定目的地往前或往后翻。

同样，比如要在取值范围在 0 ~ 10000 之间的100个元素从小到大均匀分布的数组中查找5，我们自然而然地先考虑数组下标较小的开始查找。

以上的分析其实就是插值查找的思想，它是二分查找的改进。

基本思想：

根据要查找的关键字key与查找表中的最大最小记录的关键字比较后的查找方法，其核心就在于插值计算公式，我们先看折半查找的计算公式：

而插值查找就是要将其中的 1/2进行改进，改成下面的计算方案：

插值查找算法的核心就在于插值的计算公式:

$num - $arr[$lower]
—————————————
$arr[$high] - $arr[$lower]

代码：

<?php
//插值查找(前提是数组必须是有序数组) 事件复杂度　O(logn)
//但对于数组长度比较大，关键字分布又是比较均匀的来说，插值查找的效率比折半查找的效率高
$i = 0; //存储对比的次数
//@param 待查找数组
//@param 待搜索的数字
function insertsearch($arr,$num){
 $count = count($arr);
 $lower = 0;
 $high = $count - 1;
 global $i;
 while($lower <= $high){
  $i ++; //计数器
  if($arr[$lower] == $num){
   return $lower;
  }
  if($arr[$high] == $num){
   return $high;
  }
  // 折半查找 ： $middle = intval(($lower + $high) / 2);
  $middle = intval($lower + ($num - $arr[$lower]) / ($arr[$high] - $arr[$lower]) * ($high - $lower)); 
  if($num < $arr[$middle]){
   $high = $middle - 1;
  }else if($num > $arr[$middle]){
   $lower = $middle + 1;
  }else{
   return $middle;
  }
 }
 return -1;
}
$arr = array(0,1,16,24,35,47,59,62,73,88,99);
$pos = insertsearch($arr,62);
print($pos);
echo "<br>";
echo $i;

总结：

从时间复杂度上来看，它也是 O(logn)，但对于有序表比较长，而关键字分布有比较均匀的查找表来说，插值查找算法的平均性能比二分查找好的多。反之，数组中如果分布类似于{0，1，2，2000，2001，。。。999998，999999}这种极端不均匀的数据，用插值查找未必是很合适的选择。

我自己特别做了个例子：

$arr = array(0,1,2,2000,2001,2002,2003,2004,5555,69666,99999,100000);
echo "位置：".binsearch($arr,5555);
echo "<br>";
echo "比较次数：".$i;
$i = 0; //重置比较次数
echo "<br>";
echo "位置：".insertsearch($arr,5555);
echo "<br>";
echo "比较次数：".$i;

结果输出：

位置：8
比较次数：2
位置：8
比较次数：9

可以得到，对于极端不均匀的数据，插值查找效率比折半查找低。

PS：上面提到的binsearch()函数大家可以参考前面一篇 PHP有序表查找—-二分查找（折半）

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