碳纳米管在纳米新材料和新一代半导体器件的研制中有广泛应用。在进行设计时，需要搜索与现有碳纳米管体积差最小的替换结构用以生成尺寸相近的新器件。直接搜索体积相近的碳纳米管结构，所需的时间复杂度是$O(n^2)$。在对搜索空间进行大幅缩简后，提出一种时间复杂度为$O(n)$的快速搜索方法。在多个应用实例中，本算法的有效性得到了较好的验证。