求一個數組的最大k個數(java)
問題描述:求一個數組的最大k個數,如,{1,5,8,9,11,2,3}的最大三個數應該是,8,9,11
問題分析:
1.解法一:最直觀的做法是將陣列從大到小排序,然後選出其中最大的K個數,但是這樣的解法,複雜度是O(logn*n),但是有時候並不需要排序,用簡單的選擇排序,或者是氣泡排序,那麼就K輪的交換或者是選擇,就可以得出結論,複雜度是O(n*k),當K很大的時候排序可能是更好的解法,當K小的時候用選擇或者是冒泡效率會更加的高。但是這都是會對前K個數進行排序,所以效率不高,當K很大的時候,以上兩種方法效率都不是很高。
2.解法二:不對前K個數進行排序,回憶快排的演算法中,那個partition函式,就是隨機選擇陣列中的一個數,把比這個數大的數,放在陣列的前面,把比這個數小的數放在陣列的
後面,這時想如果找出的隨機數,最終位置就是K,那麼最大的K個數就找出來了,沿著這個思路思考問題,但是這個函式,最後的索引位置並不一定是K,可能比K大也可能比K小,我們把找出的陣列分成兩部分sa,sb,sa是大的部分,sb是小的部分,如果sa的長度等於K的話,那麼直接返回就是最終結果,如果sa的長度要比K大的話,那麼以sa為新的陣列,從sa中找出K個最大的數,這時候就把原始資料集減少到的sa,如果sa的長度比K小的話,加入sa中有m個元素,那麼m個元素算作是K中元素的一部分,再從sb中找到,k-m個最大的元素,組合起來就是最終的結果,那麼這時把問題簡化成從sb中找k-m個最大的元素,所以總體來說這是一個遞迴的過程,雖然複雜大也是O(n*logn)但是,每一次資料量都會減少所以會更加的快。
3.解法三:是利用堆排序,建立一個K階最大堆,然後資料一個個插入隊當中,那麼插入隊的時間複雜度是O(logK),適合資料量比較大的時候,用堆的效果更加好。
這裡給出解法二的程式碼供大家參考:
public class Main { private static void swap(int[] nums,int index1,int index2){ int temp=nums[index1]; nums[index1]=nums[index2]; nums[index2]=temp; } public static int partition(int[] nums,int start,int end){ int index=new Random().nextInt(nums.length); int num=nums[index]; swap(nums, index, 0); int i=start; int j=end; while(i<j){ while(i<j&&nums[j]<=num){ j--; } if(i<j){ nums[i++]=nums[j]; } while(i<j&&nums[i]>num){ i++; } if(i<j){ nums[j--]=nums[i]; } } nums[i]=num; return i; } public static int partition(int[] nums){ return partition(nums, 0, nums.length-1); } public static int[] findKmax(int[] nums,int k,int start,int end){ int index=partition(nums,start,end); int length=index-start+1; int[] tempMax=Arrays.copyOf(nums, length); int[] tempMin=new int[nums.length-length]; System.arraycopy(nums, index+1, tempMin, 0, nums.length-length); if(length>k){ return findKmax(tempMax,k,0,tempMax.length-1); }else if(length==k){ return tempMax; }else{ int[] temp2=new int[k]; System.arraycopy(tempMax, 0, temp2, 0, tempMax.length); int[] temp3=findKmax(tempMin,k-length,0,tempMin.length-1); System.arraycopy(temp3,0, temp2, index+1, temp3.length); return temp2; } } public static int[] findKmax(int[] nums,int k){ return findKmax(nums, k, 0, nums.length-1); } public static void print(int[] nums){ for(int i=0;i<nums.length;i++){ System.out.print(nums[i]+" "); } } public static void main(String[] args) { int[] nums={1,5,8,9,11,2,3}; int[] temp=findKmax(nums, 3); System.out.println("ret:"); print(temp); } }