二分查找

二分的本质并非“单调性”，而是“边界”，只要找到某种性质，使得整个区间一分为二，那么就可以用二分把边界点二分出来。

算法模板

模板 1

boolean check(int x) {
}

int search(int left, int right) {
    while (left < right) {
        int mid = (left + right) >> 1;
        if (check(mid)) {
            right = mid;
        } else {
            left = mid + 1;
        }
    }
    return left;
}

模板 2

boolean check(int x) {
}

int search(int left, int right) {
    while (left < right) {
        int mid = (left + right + 1) >> 1;
        if (check(mid)) {
            left = mid;
        } else {
            right = mid - 1;
        }
    }
    return left;
}

做二分题目时，可以按照以下套路：

1. 写出循环条件 $left < right$；
2. 循环体内，不妨先写 $mid = \lfloor \frac{left + right}{2} \rfloor$；
3. 根据具体题目，实现 $check()$ 函数（有时很简单的逻辑，可以不定义 $check$），想一下究竟要用 $right = mid$（模板 $1$） 还是 $left = mid$（模板 $2$）；     - 如果 $right = mid$，那么写出 else 语句 $left = mid + 1$，并且不需要更改 mid 的计算，即保持 $mid = \lfloor \frac{left + right}{2} \rfloor$；     - 如果 $left = mid$，那么写出 else 语句 $right = mid - 1$，并且在 $mid$ 计算时补充 +1，即 $mid = \lfloor \frac{left + right + 1}{2} \rfloor$；
4. 循环结束时，$left$ 与 $right$ 相等。

注意，这两个模板的优点是始终保持答案位于二分区间内，二分结束条件对应的值恰好在答案所处的位置。 对于可能无解的情况，只要判断二分结束后的 $left$ 或者 $right$ 是否满足题意即可。

例题

• 在排序数组中查找元素的第一个和最后一个位置
• x 的平方根
• 寻找峰值
• 第一个错误的版本
• 不动点