Δυαδική αναζήτηση

Έστω ότι δίνεται ένας ηλεκτρονικός τηλεφωνικός κατάλογος, δηλαδή ένας πίνακας με n ονόματα και έναν αριθμό τηλεφώνου για κάθε όνομα. Ο κατάλογος είναι ταξινομημένος κατά αύξουσα αλφαβητική τάξη ως προς τα ονόματα. Έστω ότι τα n ονόματα με τα αντίστοιχα τηλέφωνα είναι αποθηκευμένα σε δύο πίνακες: names[1..n] και phones[1..n] αντίστοιχα. Σε μία τέτοια περίπτωση, λοιπόν, το ζητούμενο είναι να βρεθεί το τηλέφωνο που αντιστοιχεί σε δεδομένο όνομα συνδρομητή (υποθέτοντας ότι το δεδομένο αναζητούμενο όνομα πράγματι υπάρχει στον κατάλογο).

Το πρόβλημα επιλύεται με τη μέθοδο Διαίρει και Βασίλευε με βάση την παρατήρηση ότι όταν δοθεί ένα όνομα, τότε υπάρχουν οι εξής 3 περιπτώσεις: 1. το όνομα βρίσκεται στη μεσαία θέση του πίνακα names, 2. το όνομα βρίσκεται σε μία θέση στο πρώτο μισό κομμάτι του πίνακα names, ή 3. το όνομα βρίσκεται σε μία θέση στο δεύτερο μισό κομμάτι του πίνακα names.

Σχ.4.2. Δυαδική αναζήτηση

Η παρατήρηση αυτή οδηγεί στη σύνταξη του επόμενου αλγορίθμου. Σημειώνεται ότι ο αλγόριθμος αυτός ισχύει μόνο για την περίπτωση που το αναζητούμενο όνομα υπάρχει στον κατάλογο (δηλαδή, στον πίνακα names). Ο αλγόριθμος αυτός μπορεί εύκολα να τροποποιηθεί ώστε να αντιμετωπίζει και την περίπτωση της "ανεπιτυχούς αναζήτησης", δηλαδή της περίπτωσης όπου το αναζητούμενο όνομα δεν υπάρχει στον πίνακα.

Η δυαδική αναζήτηση χρησιμοποιείται μόνο στην περίπτωση ταξινομημένου πίνακα.

Αλγόριθμος Δυαδική_αναζήτηση Δεδομένα // names, phones, onoma, arxi, telos // meso Αν onoma = names[meso] τότε Tel Αν onoma < names[meso] τότε Δυαδική_αναζήτηση(names, phones, onoma, arhi, meso-1) αλλιώς Δυαδική_αναζήτηση(names, phones, onoma, meso+1,telos) Τέλος_αν Τέλος_αν Αποτελέσματα // Tel // Τέλος Δυαδική_αναζήτηση

Παράδειγμα. Το παράδειγμα που ακολουθεί παρακολουθεί την αλληλουχία των βημάτων του αλγορίθμου της δυαδικής αναζήτησης ενός ονόματος σε έναν πίνακα πέντε θέσεων. Έστω ότι στον τηλεφωνικό κατάλογο αναζητείται το όνομα Δανάη. Κατά την πρώτη προσπάθεια από τις πέντε θέσεις ελέγχεται η μεσαία, δηλαδή η τρίτη, όπου βρίσκεται το όνομα Κατερίνα. Το όνομα Δανάη είναι λεξικογραφικά μικρότερο από το όνομα Κατερίνα και επομένως η αναζήτηση περιορίζεται στο πρώτο μισό του πίνακα που αποτελείται από δύο θέσεις. Από τις δύο αυτές θέσεις, σε μία δεύτερη προσπάθεια ελέγχεται η πρώτη θέση, όπου βρίσκεται το τηλέφωνο του Γιάννη. Επειδή, το όνομα Δανάη είναι λεξικογραφικά μεγαλύτερο από το όνομα Γιάννης, η αναζήτηση περιορίζεται στον υπο-πίνακα που αποτελείται από τη δεύτερη θέση μόνο. Έτσι, στη θέση αυτή με μία τρίτη προσπάθεια βρίσκουμε το τηλέφωνο της Δανάης.

Σχ.4.3 Διαδοχικές συγκρίσεις σε αρχικό πίνακα και υπο-πίνακες για την αναζήτηση του ονόματος Δανάη.

Ο τρόπος που λειτουργεί η δυαδική αναζήτηση είναι ανάλογος με αυτόν της μεθόδου της διχοτόμησης. Η μέθοδος της διχοτόμησης (ή του Bolzano) χρησιμοποιείται για την εύρεση μιας ρίζας της εξίσωσης f(x)=0 στο διάστημα [a, b]. Ως γνωστό, στο διάστημα αυτό υπάρχει μία τουλάχιστον ρίζα, αν ισχύει f(a).f(b) Με τη μέθοδο της διχοτόμησης βρίσκεται ένα σημείο x1 (=(a+b)/2) στο μέσο του διαστήματος [a, b] και εξετάζεται, αν f(a).f(x1) Αν ναι, τότε η ρίζα υπάρχει στο διάστημα [a, x1], αλλιώς στο [x1, b]. Στη συνέχεια βρίσκεται το μέσο x2του υποδιαστήματος που υπάρχει η ρίζα και επαναλαμβάνονται τα ίδια. Έτσι σε κάθε επανάληψη εξαιρείται από την έρευνα το μισό διάστημα και προφανώς η ακολουθία τιμών x1, x2, … συγκλίνει προς τη ρίζα της εξίσωσης. Η διαδικασία τερματίζεται, όταν η προσέγγιση της ρίζας θεωρείται ικανοποιητική.

Σχ.4.4 Σχηματική παράσταση της μεθόδου της διχοτόμησης