二分探索(バイナリサーチ)のアルゴリズム

このレッスンでは、Javaで二分探索(バイナリサーチ)のアルゴリズムを実装する方法を学び、効率よく値を探す考え方を理解することを目標にします。「Java 二分探索実装」で調べている方向けです。

二分探索は、並び替え済みのデータから目的の値を効率よく探すアルゴリズムです。「辞書を開くとき、真ん中あたりから探して範囲を半分に絞っていく」ようなイメージです。

サンプルコードでは、lowとhighという2つの位置から範囲の中央midを計算し、目的の値と比較しながらlowかhighを更新して範囲を絞り込んでいます。先頭から1つずつ調べる方法に比べて、データ量が多いほど圧倒的に速く目的の値を見つけられます。

初心者がよくつまずくのが、二分探索を使うには配列が事前に並び替えられている必要がある点です。探索対象のデータがすでに並び替えられていることが前提条件なので、事前のソートを忘れないようにしましょう。

実際の開発現場では、Arrays.binarySearch()という組み込みメソッドもあり、自分で実装しなくても同じ処理を利用できます。

📖 お手本コード

static int binarySearch(int[] arr, int target) {
    int low = 0, high = arr.length - 1;
    while (low <= high) {
        int mid = (low + high) / 2;
        if (arr[mid] == target) return mid;
        if (arr[mid] < target) low = mid + 1;
        else high = mid - 1;
    }
    return -1;
}

int[] nums = {1, 3, 5, 7, 9, 11};
System.out.println(binarySearch(nums, 7));
System.out.println(binarySearch(nums, 4));

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🎯

ここまでできればゴール達成!
大量のデータの中から目的の値を高速に見つけ出せるようになります。