이분 탐색 & Upper Bound, Lower Bound 개념 정리

1. Binary-Search란 무엇인가요?

정렬된 배열 혹은 List 에서 탐색 구간을 절반씩 줄여가며 특정 값을 찾는 탐색법이다. 다음과 같이 진행 된다.

(0) 기본적인 용어는 다음과 같다.
target: 찾고자 하는 값, start : 왼쪽 포인터,(index=0에서 시작), end: 오른쪽 포인터(배열 끝에서 시작), mid: 두 값의 중간에 위치한 값

(1) mid를 구하고 target 값과 대소관계를 비교한다.
(2) mid > target 이면, mid 값이 target값으로 향하도록, end = mid-1 로 탐색 영역을 절반 줄인다.
(3) mid < target 이면, start = mid +1 이 되도록 하여, 탐색 영역을 절반 줄인다.
(4) mid == target 이면 값을 구했으므로, 이분 탐색을 탈출한다.

위의 과정이 일반적인 이분 탐색의 과정이다. 물론, upperBound나 LowerBound는 구하고자 하는 값의 목표가 다르므로, 이것에서 조금 변형된다.

다음은 geeksforgeeks에서 보여주는 이분 탐색으로 23을 찾는 과정이다.

2. 시간 복잡도: O(logN)

이분 탐색은 탐색 영역을 매 번 절반씩 줄여가기 때문에, 속도가 O(logN)으로 빠르다. 만약 정렬된 16개의 데이터에서 특정 데이터를 찾는다면, 4번의 조회안에 값을 찾을 수 있다. 하지만 전제조건이 있다.
우리가 값을 찾으려는 배열 혹은 List가 정렬되어 있어야 한다는 것이다.

3. (심화) UpperBound와 LowerBound는 무엇인가요?

UpperBound와 LowerBound는 mid값이 target 값과 일치할 때, 바로 탈출하지 않고, 계속 이분 탐색을 하여, 특정 경계값을 찾는 알고리즘이다. 해당 알고리즘은 주로 target 값이 List에 중복되어 많을 때 사용하기 좋다.

경계값: 특정 값이 시작하거나, 끝나는 위치

(1) UpperBound

UpperBound는 target값보다 큰 값의 첫 시작점을 반환하는 방법이다.

구현 방법은 다음과 같다.

1. mid <= target 일 때, start=mid+1 로 올린다.
2. mid > target 일 때, end = mid -1로 내린다.

이렇게 하면, 결국, mid가 target과 일치할 때도, start 포인터를 오른쪽으로 이동시켜서, start와 end가 엇갈릴 때, start 값이 target 값보다 큰 값이 시작되는 첫 위치를 가리키게 된다.

그림은 해당 블로그를 참고해라

(2) LowerBound

LowerBound는 target값이 시작하는 위치를 반환하는 방법이다.

구현 방법은 다음과 같다.

1. mid < target 일 때, start = mid+1 로 올린다.
2. mid >= target 일 때, end = mid-1로 줄인다.

이렇게 하면, mid가 target값과 일치해도 계속 내려가서, 결국 start와 end가 엇갈릴 때, start가 target값이 value로 나오는 배열의 첫 시작점에 위치하게 된다.

그림은 이 블로그를 봐라