خوارزمية البحث الثنائية (Binary Search) في Java

خوارزمية البحث الثنائي هي طريقة فعالة في Java البرمجة، تستخدم للعثور على قيمة محددة ضمن مصفوفة مرتبة. يقسم هذا الأسلوب المصفوفة بشكل مستمر إلى جزأين ويقارن قيمة البحث بالعنصر الأوسط.

كيف تعمل خوارزمية البحث الثنائي

تبدأ خوارزمية البحث الثنائي بمقارنة قيمة البحث بالعنصر الأوسط للمصفوفة. إذا كانت قيمة البحث تساوي العنصر الأوسط، فستُرجع الخوارزمية موضع هذا العنصر. إذا كانت قيمة البحث أقل من العنصر الأوسط، فستستمر الخوارزمية في البحث في النصف الأيسر من المصفوفة. إذا كانت قيمة البحث أكبر، فستستمر الخوارزمية في البحث في النصف الأيمن من المصفوفة. تتكرر هذه العملية حتى يتم العثور على قيمة البحث أو لا يوجد المزيد من العناصر للبحث عنها.

مزايا وعيوب خوارزمية البحث الثنائي

مزايا:

• كفاءة عالية: تقوم هذه الخوارزمية بإزالة نصف العناصر في كل خطوة، مما يؤدي إلى تحسين البحث عن المصفوفات الكبيرة.
• تعقيد الوقت المنخفض: التعقيد الزمني لهذه الخوارزمية هو O(log n)، مما يجعلها فعالة لمجموعات البيانات الكبيرة.

سلبيات:

• متطلبات المصفوفة المصنفة: تعمل الخوارزمية فقط مع المصفوفات المصنفة.

المثال والشرح

فكر في مثال لاستخدام خوارزمية البحث الثنائي للعثور على عدد صحيح محدد في مصفوفة أعداد صحيحة مرتبة في ملف Java.

public class BinarySearchExample {  
    public static int binarySearch(int[] array, int target) {  
        int left = 0;  
        int right = array.length- 1;  
  
        while(left <= right) {  
            int mid = left +(right- left) / 2;  
  
            if(array[mid] == target) {  
                return mid; // Return position if found  
            } else if(array[mid] < target) {  
                left = mid + 1;  
            } else {  
                right = mid- 1;  
            }  
        }  
        return -1; // Return -1 if not found  
    }  
  
    public static void main(String[] args) {  
        int[] numbers = { 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15 };  
        int target = 9;  
  
        int position = binarySearch(numbers, target);  
  
        if(position != -1) {  
            System.out.println("Element " + target + " found at position " + position);  
        } else {  
            System.out.println("Element " + target + " not found in the array");  
        }  
    }  
}  

في هذا المثال، نستخدم خوارزمية البحث الثنائي للعثور على الرقم 9 في مصفوفة أعداد صحيحة مرتبة. تتكرر الخوارزمية عبر المصفوفة وتقارن قيمة البحث بالقيمة الوسطى. في هذه الحالة، تم العثور على الرقم 9 في الموضع 4(الفهرس المستند إلى 0) في المصفوفة.

بينما يوضح هذا المثال كيف يمكن لخوارزمية البحث الثنائي العثور على عنصر في مصفوفة أعداد صحيحة مفروزة، فإنه يمكن أيضًا تطبيقه على سيناريوهات بحث أخرى في Java البرمجة.