UGC-NET CS 2017年12月2日 | 问题2

这是一道来自UGC-NET CS 2017年12月2日考试的问题，考查了程序员的基本能力。在接下来的文字中，我们将对这道问题进行介绍和分析。

问题描述

下面给出了一个Java方法的原型，请将该方法的实现体填写完整。

public static <T extends Comparable<T>> int binarySearch(T[] array, T elementToSearch) {
    int low = 0;
    int high = array.length - 1;

    while (low <= high) {
        int mid = (low + high) / 2;
        if (array[mid].compareTo(elementToSearch) < 0) {
            low = mid + 1;
        } else if (array[mid].compareTo(elementToSearch) > 0) {
            high = mid - 1;
        } else {
            return mid;
        }
    }

    return -1;
}

问题分析

这是一道经典的二分查找问题。二分查找通常用于有序数组中查找某个元素，该算法的时间复杂度为O(logN)。这个方法的本质就是在有序数组中查找某个元素。

方法的参数包括一个有序数组和待查找元素。该方法会使用二分查找法在数组中查找指定元素，并返回元素在数组中的索引值。如果数组中不存在该元素，则返回-1。

该方法的实现分为以下几个步骤：

1. 初始化low和high两个指针，分别指向数组的第一个元素和最后一个元素。
2. 循环开始，判断low指针和high指针的位置关系，如果low指针小于等于high指针，则进入循环体。
3. 在循环体中，计算中间位置mid=(low+high)/2。
4. 判断中间位置的元素是否等于待查找元素，如果是，则返回mid。
5. 如果中间位置的元素小于待查找元素，则将low指针指向mid+1。
6. 如果中间位置的元素大于待查找元素，则将high指针指向mid-1。
7. 重复步骤2~6。

该方法的泛型类型T要求实现了Comparable接口，这是为了保证数组中的元素能够进行比较大小操作。这样，才能使用compareTo方法判断中间位置的元素和待查找元素的大小关系。

题目解答

根据上述分析，我们可以写出该方法的完整实现：

/**
 * 在有序数组中查找指定元素
 *
 * @param array         有序数组
 * @param elementToSearch 待查找元素
 * @param <T>           数组元素类型
 * @return 元素在数组中的索引值，如果不存在则返回-1
 */
public static <T extends Comparable<T>> int binarySearch(T[] array, T elementToSearch) {
    int low = 0;
    int high = array.length - 1;

    while (low <= high) {
        int mid = (low + high) / 2;
        if (array[mid].compareTo(elementToSearch) < 0) {
            low = mid + 1;
        } else if (array[mid].compareTo(elementToSearch) > 0) {
            high = mid - 1;
        } else {
            return mid;
        }
    }

    return -1;
}

该方法可以应用于任何实现了Comparable接口的有序数组中，如下所示：

Integer[] array = new Integer[]{1, 3, 5, 7, 9};
int index = binarySearch(array, 3);
System.out.println(index); // 输出1

String[] words = new String[]{"apple", "banana", "cat", "dog"};
int wordIndex = binarySearch(words, "dog");
System.out.println(wordIndex); // 输出3

结论

本文介绍了一道来自UGC-NET CS 2017年12月2日考试的问题，主要是关于二分查找的实现，对于Java初学者来说是一道很不错的练手题目。希望本文对读者有所帮助。