n个数 找到最小的k个数 几种解法 和java实现

2024年3月11日 182次阅读

思路一:排序法,  对n个数排序,然后迭代前k个数即可,时间复杂度以 快排为准 是O(nlogn),代码略

  

思路二:局部替换法   假设前k个数就是整个数组中最小的,找出最大的数和k+1比较,如果比k+1大就和K=1互换位置,然后再将k数组中的最大数找出,在进行比较,知道数组末尾.时间复杂度O(nk)

                         

	/**
	 * 思路 二 
	 * 把整个数组分为k和n-k 2部分,找出最小的K个数的过程其实就是把最大的数放到n-k部分的过程,每次比较都把最大的数交换到n-k的部分里面。
	 * 1.把最先遍历到的k个数赋值到大小为k的数组2中 
	 * 2.在数组2中找出最大元素max,时间复杂度是o(k),因为如果
	 * 3.在数组1中遍历剩下的n-k个数,和max比较,如果小于max则交换位置,重复2的过程 o(k)+(n-k)o(k)=n*o(k)
	 **/
	public static void scheme1(int[] ins, int k) {
		int[] ks = new int[k];
		// 最先遍历的k个数放入数组中 o(k)
		for (int i = 0; i < k; i++) {
			ks[i] = ins[i];
		}
		for (int i = k; i < ins.length; i++) {
			if (getMax(ks) > ins[i]) {
				ks[0] = ins[i];
			}
		}
		// 输出最小的K个数
		for (int i = 0; i < k; i++) {
			System.out.print(ks[i] + " ");
		}
	}
		public static int getMax(int[] arr) {
		// 选择一个基数,分别于数组中其他元素比较,始终保持基数对应的指针是最大值
		int radix = 0;
		for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
			// 如果sub小于旁边值则交互位置
			if (arr[radix] < arr[i]) {
				int temp = arr[radix];
				arr[radix] = arr[i];
				arr[i] = temp;
			}
		}
		return arr[radix];
	}

思路三: 对思路二中找最大数的优化,用前K个数建立最大堆,每次用堆顶元素和n-k中各个元素比较,如果堆顶元素较大,则互换位置,然后调整堆,使之重新成为最大堆。时间复杂度

O（n*logk）

   

public static void headSort(int[] array) {
		if (array == null || array.length <= 1) {
			return;
		}
		buildMaxHeap(array);
	}
/**
 * 创建堆
 * 
 * */
	public static void buildMaxHeap(int[] array) {
		if (array == null || array.length <= 1) {
			return;
		}
		//从最后的一个非叶子节点向上开始排,避免迭代没有意义的叶子节点
		int half = (array.length-1) / 2;  
		for (int i = half; i >= 0; i--) {
			maxHeap(array, array.length, i);
		}
	}
/**
 * 
 * 调整堆(沉降法)
 * logn
 * */
	public static void maxHeap(int[] array, int heapSize, int index) {
		int left = index * 2 + 1;
		int right = index * 2 + 2;

		int largest = index;
		//判断有没有左节点,如若有则比较替换largest
		if (left < heapSize && array[left] > array[largest]) {
			largest = left;
		}
        //判断有没有右节点,如若有则largest和右节点比较,注意largest有可能是left也有可能是index
		if (right < heapSize && array[right] > array[largest]) {
			largest = right;
		}

		if (index != largest) {
			int temp = array[index];
			array[index] = array[largest];
			array[largest] = temp;
			//被替换的largest节点所在的堆,需要重新调整,使小值/大值一直下沉
			maxHeap(array, heapSize, largest);
		}

	}
	
	/**
	 * 思路二 最大堆法
	 * 利用树形的特点保存前面比较的结果,可以减少比较次数s
	 */
	public static void scheme2(int[] ins, int k) {
		int[] ks = new int[k];
		// 最先遍历的k个数放入数组中 o(k)
		for (int i = 0; i < k; i++) {
			ks[i] = ins[i];
		}
		//构建前k个数的最大堆
		headSort(ks);
		//n-k个数和前面和k中最大数比较
		for (int i =k; i < ins.length; i++) {
			//如果堆顶大于n-k中数,则交换位置
			if(ks[0]>ins[i]){
				ks[0]=ins[i];
				//调整堆,堆顶被替换了,加入被替换的值非常小,会一直下沉到叶子节点.
			    maxHeap(ks,ks.length,0);
			}
			
		}
		// 输出最小的K个数
		for (int i = 0; i < k; i++) {
			System.out.print(ks[i] + " ");
		}
	}

测试:

public static void main(String[] args) {
        // 前key个最小的数
        int k = 6;
        int[] ins = new int[] { 8, 6, 10,9,7, 2 ,1,20,13};
        //scheme1(ins, k);
        scheme2(ins, k);
    }

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