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Java怎么解决Top-K的问题

题目求最小的K个数设计一个算法,找出数组中最小的k个数。以任意顺序返回这k个数均可。解题方案方法一排序(冒泡/选择)思路1,冒泡排序是每执行一次,就会确定最终位置,执行K次后,就可以得到结果,时间复杂度为O(n*k),当k

本文目录

    题目

    求最小的K个数

    设计一个算法,找出数组中最小的k个数。以任意顺序返回这k个数均可。

    Java怎么解决Top-K的问题

    解题方案

    方法一

    排序(冒泡/选择)

    思路

    1,冒泡排序是每执行一次,就会确定最终位置,执行K次后,就可以得到结果,时间复杂度为O(n * k),当k<

    2,选择排序每执行依次,就会通过确定一个最大的或最小的放在一端,通过选择排序,执行K次就可以得到最大的K个数了。时间复杂度时O(N * K)。

    代码实现

      //冒泡排序
        public static int[] topKByBubble(int[] arr, int k) {
            int[] ret = new int[k];
            if (k == 0 || arr.length == 0) {
                return ret;
            }
            for (int i = 0; i < k; i++) {
                for (int j = arr.length - 1; j < i; j--) {
                    if (arr[j] > arr[j + 1]) {
                        swap(arr, j, j + 1);
                    }
                }
                ret[i] = arr[i];
            }
            return ret;
        }
        //选择排序
        public static int[] topKBySelect(int[] arr, int k) {
            int[] ret = new int[k];
            for (int i = 0; i < k; i++) {
                int maxIndex = i;
                int maxNum = arr[maxIndex];
                for (int j = i + 1; j < arr.length; j++) {
                    if (arr[j] > maxNum) {
                        maxIndex = j;
                        maxNum = arr[j];
                    }
                }
                if (maxIndex != i) {
                    swap(arr, maxIndex, i);
                }
                ret[i] = arr[i];
            }
            return ret;
        }
        public static void swap(int[] arr, int a, int b) {
            int temp = arr[a];
            arr[a] = arr[b];
            arr[b] = temp;
        }

    方法二

    分治-快速排序

    思路

    1,快速排序的核心是分治思想,先通过分治partition把序列分为两个部分,再将两个部分进行再次递归;

    2,利用分治思想,即划分操作partition,根据主元素pivot调整序列,比pivot大的放在左端,比pivot小的放在右端,这样确定主元素pivot的位置pivotIndex,如果pivotIndex刚好是k-1,那么前k-1位置的数就是前k大的元素,即我们要求的top K。

    时间复杂度: O(n)

    代码实现

    public static int[] topKByPartition(int[] arr, int k){
        if(arr.length == 0 || k <= 0){
            return new int[0];
        }
        return quickSort(arr,0,arr.length-1,k);
    
    }
    //快速排序
    public static int[] quickSort(int[] arr, int low, int high, int k){
        int n = arr.length;
        int pivotIndex = partition(arr, low, high);
        if(pivotIndex == k-1){
            return Arrays.copyOfRange(arr,0,k);
        }else if(pivotIndex > k-1){
            return quickSort(arr,low,pivotIndex-1,k);
        }else {
            return quickSort(arr,pivotIndex+1,high,k);
        }
    }
    public static int partition(int[] arr, int low, int high){
       if(high - low == 0){
           return low;
       }
       int pivot = arr[high];
       int left = low;
       int right = high-1;
       while (left < right){
           while (left < right && arr[left] > pivot){
               left++;
           }
           while (left < right && arr[right] < pivot){
               right--;
           }
           if(left < right){
               swap(arr,left,right);
           }else {
               break;
           }
       }
       swap(arr,high,left);
       return left;
    }
    public static void swap(int[] arr,int a, int b){
        int temp = arr[a];
        arr[a] = arr[b];
        arr[b] = temp;
    }

    方法三

    利用堆

    思路

    1,构建一个最大堆

    2,遍历原数组,元素入队,当堆的大小为K时,只需要将堆顶元素于下一个元素比较,如果大于堆顶元素,则将堆顶元素删除,将该元素插入堆中,直到遍历完所有元素

    3,将queue存储的K个数出队

    时间复杂度:为O(N*logK)

    代码实现

    public class TopK {
        public int[] smallestK(int[] arr, int k) {
            int[] ret = new int[k];
            if(k==0 || arr.length==0){
                return ret;
            }
            // 1,构建一个最大堆
            // JDK的优先级队列是最小堆, 就要用到我们比较器
            Queue queue = new PriorityQueue<>(new Comparator() {
                @Override
                public int compare(Integer o1, Integer o2) {
                    return o2 - o1;
                }
            });
            //2,遍历原数组,进行入队
            for(int value:arr){
                if(queue.size() < k){
                    queue.offer(value);
                }else{
                    if(value < queue.peek()){
                        queue.poll();
                        queue.offer(value);
                    }
                }
            }
            //3,将queue中存储的K个元素出队
            for(int i = 0;i < k;i++){
                ret[i] = queue.poll();
            }
            return ret;
        }
    }
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