# 二分查找高效判定子序列
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读完本文，你不仅学会了算法套路，还可以顺便去 LeetCode 上拿下如下题目：
[392.判断子序列](https://leetcode-cn.com/problems/is-subsequence)
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二分查找本身不难理解，难在巧妙地运用二分查找技巧。对于一个问题，你可能都很难想到它跟二分查找有关，比如前文 [最长递增子序列](https://labuladong.gitbook.io/algo) 就借助一个纸牌游戏衍生出二分查找解法。
今天再讲一道巧用二分查找的算法问题：如何判定字符串 `s` 是否是字符串 `t` 的子序列（可以假定 `s` 长度比较小，且 `t` 的长度非常大）。举两个例子：
s = "abc", t = "**a**h**b**gd**c**", return true.
s = "axc", t = "ahbgdc", return false.
题目很容易理解，而且看起来很简单，但很难想到这个问题跟二分查找有关吧？
### 一、问题分析
首先，一个很简单的解法是这样的：
```cpp
bool isSubsequence(string s, string t) {
int i = 0, j = 0;
while (i < s.size() && j < t.size()) {
if (s[i] == t[j]) i++;
j++;
}
return i == s.size();
}
```
其思路也非常简单，利用双指针 `i, j` 分别指向 `s, t`，一边前进一边匹配子序列：
读者也许会问，这不就是最优解法了吗，时间复杂度只需 O(N)，N 为 `t` 的长度。
是的，如果仅仅是这个问题，这个解法就够好了，**不过这个问题还有 follow up**：
如果给你一系列字符串 `s1,s2,...` 和字符串 `t`，你需要判定每个串 `s` 是否是 `t` 的子序列（可以假定 `s` 较短，`t` 很长）。
```java
boolean[] isSubsequence(String[] sn, String t);
```
你也许会问，这不是很简单吗，还是刚才的逻辑，加个 for 循环不就行了？
可以，但是此解法处理每个 `s` 时间复杂度仍然是 O(N)，而如果巧妙运用二分查找，可以将时间复杂度降低，大约是 O(MlogN)。由于 N 相对 M 大很多，所以后者效率会更高。
### 二、二分思路
二分思路主要是对 `t` 进行预处理，用一个字典 `index` 将每个字符出现的索引位置按顺序存储下来：
```java
int m = s.length(), n = t.length();
ArrayList[] index = new ArrayList[256];
// 先记下 t 中每个字符出现的位置
for (int i = 0; i < n; i++) {
char c = t.charAt(i);
if (index[c] == null)
index[c] = new ArrayList<>();
index[c].add(i);
}
```
比如对于这个情况，匹配了 "ab"，应该匹配 "c" 了：
按照之前的解法，我们需要 `j` 线性前进扫描字符 "c"，但借助 `index` 中记录的信息，**可以二分搜索 `index[c]` 中比 j 大的那个索引**，在上图的例子中，就是在 `[0,2,6]` 中搜索比 4 大的那个索引：
这样就可以直接得到下一个 "c" 的索引。现在的问题就是，如何用二分查找计算那个恰好比 4 大的索引呢？答案是，寻找左侧边界的二分搜索就可以做到。
### 三、再谈二分查找
在前文 [二分查找详解](https://labuladong.gitbook.io/algo) 中，详解了如何正确写出三种二分查找算法的细节。二分查找返回目标值 `val` 的索引，对于搜索**左侧边界**的二分查找，有一个特殊性质：
**当 `val` 不存在时，得到的索引恰好是比 `val` 大的最小元素索引**。
什么意思呢，就是说如果在数组 `[0,1,3,4]` 中搜索元素 2，算法会返回索引 2，也就是元素 3 的位置，元素 3 是数组中大于 2 的最小元素。所以我们可以利用二分搜索避免线性扫描。
```java
// 查找左侧边界的二分查找
int left_bound(ArrayList arr, int tar) {
int lo = 0, hi = arr.size();
while (lo < hi) {
int mid = lo + (hi - lo) / 2;
if (tar > arr.get(mid)) {
lo = mid + 1;
} else {
hi = mid;
}
}
return lo;
}
```
以上就是搜索左侧边界的二分查找，等会儿会用到，其中的细节可以参见前文《二分查找详解》，这里不再赘述。
### 四、代码实现
这里以单个字符串 `s` 为例，对于多个字符串 `s`，可以把预处理部分抽出来。
```java
boolean isSubsequence(String s, String t) {
int m = s.length(), n = t.length();
// 对 t 进行预处理
ArrayList[] index = new ArrayList[256];
for (int i = 0; i < n; i++) {
char c = t.charAt(i);
if (index[c] == null)
index[c] = new ArrayList<>();
index[c].add(i);
}
// 串 t 上的指针
int j = 0;
// 借助 index 查找 s[i]
for (int i = 0; i < m; i++) {
char c = s.charAt(i);
// 整个 t 压根儿没有字符 c
if (index[c] == null) return false;
int pos = left_bound(index[c], j);
// 二分搜索区间中没有找到字符 c
if (pos == index[c].size()) return false;
// 向前移动指针 j
j = index[c].get(pos) + 1;
}
return true;
}
```
算法执行的过程是这样的：
可见借助二分查找，算法的效率是可以大幅提升的。
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