Wszystko, co musisz wiedzieć o samouczku wyszukiwania binarnego i algorytmie

Organizacje zwykle mają duże zbiory danych zawierające tysiące lub miliony elementów. Praktycznie niemożliwe jest znalezienie przez nich konkretnego rozwiązania lub wyniku w zbiorze danych bez interwencji sztucznej inteligencji. Dlatego algorytmy wyszukiwania stanowią istotny element AI. Ułatwiają organizacjom przejrzenie ogromnej ilości informacji i sprawdzenie, czy dany element występuje w zestawie danych i jego dokładną pozycję w danych.

Algorytmy wyszukiwania są podzielone na dwie główne kategorie, a mianowicie wyszukiwanie sekwencyjne i wyszukiwanie interwałowe. Wyszukiwanie sekwencyjne jest nazywane wyszukiwaniem liniowym, podczas gdy wyszukiwanie interwałowe jest również nazywane wyszukiwaniem binarnym. W wyszukiwaniu liniowym algorytm przechodzi szeregowo przez każdy element wymieniony w zestawie danych, aż znajdzie wymagany element. Algorytm wyszukiwania liniowego jest korzystny w przeszukiwaniu zbioru danych, który nie jest uporządkowany.

Ponieważ algorytm wyszukiwania przechodzi przez każdy element, uzyskanie pożądanych wyników wymaga czasu. Dlatego jest rzadko używany. Organizacje najczęściej używają algorytmu wyszukiwania binarnego. Daj nam znać więcej o tym samym.

Co to jest algorytm wyszukiwania binarnego?

Algorytm wyszukiwania binarnego to algorytm wyszukiwania interwałowego szeroko stosowany w posortowanej tablicy w celu określenia pozycji określonej wartości lub elementu. Posortowana tablica to zbiór danych, w którym elementy są ułożone w określonej kolejności okresowej, alfabetycznej lub numerycznej.

Oto przykład, który pomoże Ci lepiej zrozumieć koncepcję algorytmu wyszukiwania binarnego. Załóżmy, że musisz znaleźć słowo w słowniku. W takim przypadku możesz użyć algorytmu wyszukiwania binarnego, aby znaleźć dokładną pozycję słowa, ponieważ słowa w słowniku są ułożone w kolejności alfabetycznej.

Wręcz przeciwnie, jeśli chcesz znaleźć określone słowo w książce, w której słowa są ułożone w kolejności, będziesz musiał użyć algorytmu wyszukiwania liniowego.

Zbiór danych liczbowych powinien być uporządkowany rosnąco lub malejąco, aby można było użyć algorytmu wyszukiwania binarnego. Jeśli zbiór danych składa się ze słów, powinny one występować w układzie alfabetycznym.

Zastosowania algorytmu wyszukiwania binarnego

Algorytm wyszukiwania binarnego jest uważany za jeden z najlepszych algorytmów wyszukiwania ze względu na jego wydajność. Poniżej przedstawiono kilka praktycznych zastosowań algorytmu wyszukiwania binarnego.

1. Drzewo wyszukiwania

Algorytm wyszukiwania binarnego służy do wyszukiwania określonych informacji z dużych zbiorów danych, takich jak słowniki i książki telefoniczne.

2. Debugowanie programu

Podczas testowania programu, gdy natkniesz się na błąd w konkretnym wydarzeniu, możesz użyć algorytmu wyszukiwania binarnego i wprowadzić zakres, aby znaleźć dokładną pozycję błędu, zamiast ponownie uruchamiać cały kod.

3. Oszczędza pamięć

XPraktycznym zastosowaniem drzewa wyszukiwania binarnego jest oszczędność miejsca na dysku. Ponieważ algorytm znajduje rozsądny zakres w zbiorze danych, w którym element będzie obecny, zachowuje tylko wymagane wartości, odrzucając inne elementy.

Jak wdrożyć algorytmy wyszukiwania binarnego?

Algorytmy wyszukiwania binarnego są łatwe do zaimplementowania. Zamiast przeglądać cały wynik wyszukiwania, algorytm najpierw sprawdza środkowy element, a następnie przystępuje do znalezienia dokładnej pozycji elementu. Oto jak możesz to zrozumieć.

Algorytm wyszukiwania binarnego porównuje środkowy element w posortowanej tablicy, aby znaleźć element w liczbowym zestawie danych. Z tego wynikają zwykle trzy możliwości. W pierwszym przypadku środkowy element odpowiada wyszukiwanemu kluczowi. Drugie prawdopodobieństwo jest takie, że pozycja kluczowego elementu znajduje się za środkowym. W ostatnim przypadku kluczowy element jest umieszczany przed środkowym elementem w posortowanej tablicy.

Gdyby algorytm szukał tego samego elementu znajdującego się pośrodku, wyszukiwanie by się zakończyło. Jednak w drugim i trzecim przypadku algorytm decyduje, czy element kluczowy jest większy czy mniejszy od elementu środkowego. Następnie przeszukuje odpowiednio pierwszą lub ostatnią połowę. Jeśli element nie występuje w zestawie danych, algorytm wyszukiwania binarnego wyświetli wynik „nie znaleziono zestawu danych”.

Algorytm wyszukiwania binarnego pomaga skrócić czas sprawdzając najpierw środkowy element. Ogranicza obszar poszukiwań, decydując, czy element będzie obecny w pierwszej czy drugiej połowie.

Drzewo wyszukiwania binarnego i operacja wyszukiwania

Teraz, gdy znasz już algorytm wyszukiwania binarnego, pozwól nam zrozumieć pojęcie drzewa wyszukiwania binarnego. Algorytm wyszukiwania binarnego dzieli posortowaną tablicę na części, dzięki czemu wyszukiwanie jest łatwiejsze i szybsze.

Wcześniej musisz najpierw poznać koncepcję drzew danych w programowaniu. Drzewa to hierarchiczne struktury, które przechowują dane w postaci węzłów połączonych krawędziami. Możesz to uznać za gałęzie drzewa. Pierwszy węzeł drzewa nazywany jest węzłem nadrzędnym, a pozostałe węzły z nim połączone są nazywane węzłami podrzędnymi.

W drzewie wyszukiwania binarnego każdy rodzic ma maksymalnie dwa węzły podrzędne. Drzewa są podzielone na środkowy element danych, lewy węzeł podrzędny i prawy węzeł podrzędny. Jest to posortowany numeryczny zbiór danych, w którym wartość lewego węzła jest mniejsza niż wartość elementu środkowego. Podobnie wartość prawego węzła jest większa niż środkowego elementu.

Drzewo wyszukiwania binarnego pomaga w znalezieniu dokładnej pozycji wymaganego elementu. Środkowy element jest obserwowany jako pierwszy. Jeśli wartość nie pasuje do wymaganego elementu, algorytm sprawdzi w lewym lub prawym węźle. Tylko lewy węzeł będzie brany pod uwagę, jeśli wartość elementu jest mniejsza niż środkowy element. Jeśli jednak wartość elementu jest większa niż środkowego elementu, wystarczy przejść przez prawy węzeł. Lewy zostanie odrzucony.

Ograniczenia algorytmu wyszukiwania binarnego

Chociaż algorytm wyszukiwania binarnego ma kilka zalet, istnieją również pewne ograniczenia.

• Aby zaimplementować algorytm wyszukiwania binarnego, musisz mieć posortowaną tablicę. Jeśli zestaw danych nie jest ułożony alfabetycznie lub numerycznie, implementacja algorytmu wyszukiwania binarnego staje się niemożliwa.

• Algorytmy wyszukiwania binarnego nie są korzystne dla małych nieposortowanych tablic, ponieważ będą wymagały dużo czasu na posortowanie zestawu danych. W takich przypadkach algorytm wyszukiwania liniowego jest bardziej praktycznym wyborem.

• Algorytmy wyszukiwania binarnego mogą nie informować nas o dokładnej pozycji elementu jako algorytm wyszukiwania liniowego, ponieważ przechodzi tylko przez jedną część zbioru danych.

Możliwości kariery po nauczeniu się algorytmu wyszukiwania binarnego

Algorytm wyszukiwania binarnego w informatyce jest powiązany ze strukturą danych. Dlatego, jeśli zdobywasz tytuł magistra informatyki w dziedzinie nauki o danych, możesz podjąć następujące role zawodowe:

• Inżynier danych lub programista
• Zadania związane z modelowaniem danych, takie jak projektowanie eksperymentalne i modelowanie strukturalne
• Analiza danych, taka jak uczenie maszynowe i systemy rekomendacji

Jak nauczyć się praktycznego zastosowania algorytmów wyszukiwania binarnego?

Znajomość algorytmów wyszukiwania binarnego jest niezbędna, jeśli chcesz kontynuować karierę w informatyce. Aby to zrobić, musisz mieć tytuł licencjata informatyki z doskonałymi referencjami. Tytuł magistra informatyki daje Ci przewagę, ponieważ masz szansę na zdobycie większej wiedzy na ten temat.

Każdy, kto szuka kursu magisterskiego, aby nauczyć się podstaw algorytmów wyszukiwania binarnego i ich praktycznego zastosowania, może wybrać się na kurs Master of Science in Machine Learning & AI oferowane przez upGrad.

Jest oferowany we współpracy z Liverpool John Moores University, zaliczanym do jednego z 50 najlepszych uniwersytetów w Wielkiej Brytanii. Jeśli jesteś nowicjuszem w programowaniu, upGrad oferuje również treści przygotowawcze do programu, które wprowadzają język Python, wizualizację danych, analizę danych i inne kluczowe koncepcje.

Oprócz tego będziesz mieć również możliwość pracy nad ponad 12 studiami przypadków i projektami. Uczniowie mogą również cieszyć się sesjami na żywo z ekspertami i mentorami, możliwościami uczenia się peer-to-peer i spersonalizowanym mentoringiem dla rozwoju ich kariery.

Wniosek

Algorytmy wyszukiwania binarnego są kluczową koncepcją w programowaniu. Jeśli interesujesz się nauką o danych i uczeniem maszynowym, najlepiej jest dogłębnie poznać binarne i inne algorytmy wyszukiwania, które pomogą Ci w dalszej karierze. Oprócz wiedzy teoretycznej będziesz potrzebować również praktycznej znajomości tego tematu.