查找
查找（searching）是在一组数据项中找到指定的目标元素（target element）或者判定组内不存在目标的过程。要查找的数据项组有事成为查找池（search pool）。
在此讨论两种常用的查找方法：线性查找和二分查找。我们在此只限定在数组内进行查找，后续会讨论其他不同结构中数据的查找技术。
我们的目标是尽可能高效地完成查找。利用算法分析的术语来说，在查找目标的过程中进行最少量的比较。一般而言，查找池中的数据项越多，找到目标需要的比较次数也就越多。所以对于查找问题来说，问题的大小由查找池中数据项的个数来决定。
要想找到目标，必须要对对象进行比较。我们实现的这些查找算法都作用于Comparable对象的数组。所以涉及的元素必须实现Comparable接口，而且互相之间必须是可比较的。Comparable接口中包含方法compareTo，如果对象分别小于、等于或大于要被比较的对象时，则方法会分别返回小于0、等于0或大于0的一个整数。所以，实现Comparable接口的任何一个类要定义类中任意两个对象之间的相互次序。
下面举一个例子，查找Contact对象数组。每个Contact对象表示一个人，他有姓（last name）、名（first name）以及电话号码（phone number）等属性。
public class Contact implements Comparable
{
private String firstName, lastName, phone;
public Contact (String first, String last, String telephone)
{
firstName = first;
lastName = last;
phone = telephone;
}
public String toString()
{
return lastName + "," + firstName + "," + phone;
}
public int compareTo(Object other)
{
int result;
if (lastName.equals(((Contact)other).lastName)
result = firstName.compareTo(((Contact)other).firstName);
else
result = lastName.compareTo(((Contact)other).lastName);
return result;
}
}
Contact类实现了Comparable接口，所以实现了compareTo方法。本例中，按contact（联系人）的姓进行排序；如果两个人的姓相同，再由他们的名字决定先后次序。
还有一种使用泛型（generic）实现的Comparable接口版本，泛型技术将在之后的博文里讨论。这里只使用基本的非泛型接口。注意，编译这个类时可能会出现一些警告信息，但不会妨碍所创建程序的运行。
下例创建一个代表足球选手的Contact对象数组，然后查找一名具体的选手。它创建要查找的目标对象，对象中包含的是与Contact对象进行比较时要用到的值，本例中这个值即是人的姓和名。当查找算法在表中找到目标时，它返回指向表中这个Contact对象的引用。如果返回的引用是null，则表明表中没有目标。
public class SearchPlayerList
{
public static void main (String[] args)
{
Contact[] players = new Contact[7];
players[0] = new Contact ("Eden","Hazard","456-852-9517");
players[1] = new Contact ("Didier","Drogba","120-634-7986");
players[2] = new Contact ("Timo","Werner","326-950-7643");
players[3] = new Contact ("Thiago","Silva","946-573-4063");
players[4] = new Contact ("Mason","Mount","993-643-7564");
players[5] = new Contact ("Frank","Lampard","886-477-1015");
players[6] = new Contact ("Kai","Havertz","297-431-1579");
Contact target = new Contact ("Mason","Mount"," ");
Contact found = (Contact)Searching.linearSearch(players,target);
if (found == null)
System.out.println("Player Not Found.");
else
System.out.println("Found:" + found);
}
}
线性查找
如果查找池是某种类型的一个表，比如一个数组，简单的查找方法是从表头开始，依次将每个值与目标元素进行比较。最后，要么找到目标，要么到达表尾而目标不存在于组中。这种方法就称为线性查找（linear search），因为它从一端开始以线性的方式扫描查找池。
下面举例一个search类，包含两个静态方法，一个用线性查找来查找一个项，另一个用二分查找法来查找一个项。二分查找法将在下一节中讨论。
public class Searching
{
public static Comparable linearSearch(Comparable[] data, Comparable target)
{
Comparable result = null;
int index = 0;
while (result== null && index < data.length)
{
if (data[index].compareTo(target) == 0)
result = data[index];
index++;
}
return result;
}
public static Comparable binarySearch (Comparable[] data, Comparable target)
{
Comparable result = null;
int first = 0, last = data.length-1, mid;
while (result ==null && first <= last)
{
mid = (first + last)/2;
if (data[mid].compareTo(target) == 0)
result = data[mid];
else
if (data[mid].compareTo(target) > 0)
last = mid - 1;
else
first = mid + 1;
}
return result;
}
}
linearSearch方法的参数是要在其中进行查找的元素数组及要查找的目标项。方法返回指向目标的引用，如果表中找不到目标项，则引用是null。
值得注意的一点是，linearSearch的参数和返回类型都是Comparable对象，而不是Contact对象，即实现的linearSearch方法作用于Comparable对象，而不是作用于任何具体的类。这种情形是多态的一个例子。任何实现Comparable接口的类的对象都可以赋予指向Comparable对象的引用。多以linearSearch方法可以用来查找任意元素为Comparable对象的数组，这是显示多态性能的一个示例。
linearSearch方法中的while循环查找数组元素，当找到目标或到达数组末尾时从循环中退出。如果找到目标，则数组中命中元素的值赋给result，循环中断，返回引用。如果查找了整个数组但没有找到元素，则result的值仍为null，返回这个值表示表中没有目标元素。
二分查找
线性查找很容易理解，不过它的效率不高，而二分查找改进了查找过程的效率，但只能用于查找池是有序的情况。二分查找（binary search）算法借助于查找池中数据的有序性，在每次比较时去除查找池中的大部分元素。
二分查找并不是从表的一端开始查找，而是从中间开始。如果表中间位置的元素并不是要找的目标，则继续查找。因为表是有序的，可知如果目标在表中，则根据目标与中间元素的大小关系，它一定在数组的一边或另一边。因为表是有序的，所以每次与所选值进行比较后可以减少查找池中的一半元素。余下的一半元素成为包含目标元素的可行候选者（viable candidate）。以同样的方式继续查找，检测可行候选者的中间元素，又排除掉一半元素。每次比较都将可行候选者的范围缩小一半，直到最后找到目标元素，或者是没有可行候选者，这意味着查找池中没有目标元素。
上节程序中Searching类的静态方法binarySearch实现了二分查找。和linearSearch方法一样，它接收的参数是要在其中进行查找的Comparable对象数组和要查找的目标值。在算法的任意一趟查找中，可行候选者区间的边界由整型变量first和last表示。初始时，设置它们包含整个数组。与线性查找类似，binarySearch方法中的while循环要一直执行，直到找到目标或是没有候选者时为止。如果找到目标，则给result赋值，并退出循环。否则，如果first的值越过last的值，则所有的候选者都被排除，循环结束返回null。在循环的每次迭代中，取first和last下标的中间值（使用整除），以计算可行候选者的中间点。如果目标找到，则返回值result置为数组中命中的元素。否则根据要保留的是左侧还是右侧可行候选者区间，利用中间点的左、右邻值来调整last或first的值。
一般情况下，二分查找比线性查找更高效，因为每次比较时它排除了很多候选者。但二分查找要求表只能是有序的，而线性查找没有这个要求。
