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程序员千羽
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Leetcode : https://leetcode-cn.com/problems/zui-xiao-de-kge-shu-lcof/
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GitHub : https://github.com/nateshao/leetcode/blob/main/algo-notes/src/main/java/com/nateshao/sword_offer/topic_32_getLeastNumbers/Solution.java
最小的k个数
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题目描述 ：输入整数数组
arr ，找出其中最小的 k 个数。例如，输入4、5、1、6、2、7、3、8这8个数字，则最小的4个数字是1、2、3、4。难度：简单
示例 1：
输入：arr = [3,2,1], k = 2
输出：[1,2] 或者 [2,1]示例 2:
输入：arr = [0,1,2,1], k = 1
输出：[0]
方法一：快排
本题使用排序算法解决最直观，对数组 arr 执行排序，再返回前 k 个元素即可。使用任意排序算法皆可。
快速排序原理：
快速排序算法有两个核心点，分别为 “哨兵划分” 和 “递归” 。
哨兵划分操作： 以数组某个元素（一般选取首元素）为 基准数 ，将所有小于基准数的元素移动至其左边，大于基准数的元素移动至其右边。
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如下图所示，为哨兵划分操作流程。通过一轮 哨兵划分 ，可将数组排序问题拆分为 两个较短数组的排序问题 （本文称之为左（右）子数组）。
递归： 对 左子数组 和 右子数组 递归执行 哨兵划分，直至子数组长度为 1 时终止递归，即可完成对整个数组的排序。
复杂度分析:
- 时间复杂度O(N logN)： 库函数、快排等排序算法的平均时间复杂度为O(N log N)。
- 空间复杂度O(N) ： 快速排序的递归深度最好(平均)为O(logN)，最差情况(即输入数组完全倒
序)为O(N)。
package com.nateshao.sword_offer.topic_32_getLeastNumbers;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.PriorityQueue;
import java.util.Queue;
/**
* @date Created by 邵桐杰 on 2021/12/5 19:48
* @微信公众号 程序员千羽
* @个人网站 www.nateshao.cn
* @博客 https://nateshao.gitee.io
* @GitHub https://github.com/nateshao
* @Gitee https://gitee.com/nateshao
* Description: 剑指 Offer 40. 最小的k个数
* 题目描述：输入 n 个整数，找出其中最小的 K 个数。
* 思路：先将前 K 个数放入数组，进行堆排序，若之后的数比它还小，则进行调整
*/
public class Solution {
public static void main(String[] args) {
int[] input = {4, 5, 1, 6, 2, 7, 3, 8};
int k = 4;
ArrayList<Integer> list = GetLeastNumbers_Solution(input, k);
list.stream().forEach(lists -> System.out.print(lists + " "));
System.out.println("======================");
int[] numbers = getLeastNumbers(input, k);
for (int number : numbers) {
System.out.print(number + " ");
}
}
/***
* 方法一：快排
* @param arr
* @param k
* @return
*/
public static int[] getLeastNumbers(int[] arr, int k) {
quickSort(arr, 0, arr.length - 1);
return Arrays.copyOf(arr, k);
}
private static void quickSort(int[] arr, int leftIndex, int rightIndex) {
// 子数组长度为 1 时终止递归
if (leftIndex >= rightIndex) return;
// 哨兵划分操作（以 arr[left] 作为基准数）
int left = leftIndex, right = rightIndex;
while (left < right) {
while (left < right && arr[right] >= arr[leftIndex]) right--;
while (left < right && arr[left] <= arr[leftIndex]) left++;
swap(arr, left, right);
}
swap(arr, left, leftIndex);
// 递归左（右）子数组执行哨兵划分
quickSort(arr, leftIndex, left - 1);
quickSort(arr, left + 1, rightIndex);
}
private static void swap(int[] arr, int i, int j) {
int tmp = arr[i];
arr[i] = arr[j];
arr[j] = tmp;
}
/************************** 堆 ********************************/
/**
* 方法二：
* 保持堆的大小为K，然后遍历数组中的数字，遍历的时候做如下判断：
* 1. 若目前堆的大小小于K，将当前数字放入堆中。
* 2. 否则判断当前数字与大根堆堆顶元素的大小关系，如果当前数字比大根堆堆顶还大，这个数就直接跳过；
* 反之如果当前数字比大根堆堆顶小，先poll掉堆顶，再将该数字放入堆中。
* @param arr
* @param k
* @return
*/
public int[] getLeastNumbers2(int[] arr, int k) {
if (k == 0 || arr.length == 0) return new int[0];
// 默认是小根堆，实现大根堆需要重写一下比较器。
Queue<Integer> queue = new PriorityQueue<>((v1, v2) -> v2 - v1);
for (int num: arr) {
if (queue.size() < k) {
queue.offer(num);
} else if (num < queue.peek()) {
queue.poll();
queue.offer(num);
}
}
// 返回堆中的元素
int[] res = new int[queue.size()];
int idx = 0;
for(int num: queue) {
res[idx++] = num;
}
return res;
}
/******************** 计数排序 ***********************/
public int[] getLeastNumbers3(int[] arr, int k) {
if (k == 0 || arr.length == 0) return new int[0];
// 统计每个数字出现的次数
int[] counter = new int[10001];
for (int num: arr) {
counter[num]++;
}
// 根据counter数组从头找出k个数作为返回结果
int[] res = new int[k];
int idx = 0;
for (int num = 0; num < counter.length; num++) {
while (counter[num]-- > 0 && idx < k) {
res[idx++] = num;
}
if (idx == k) break;
}
return res;
}
/************************** 剑指offer *********************/
/**
* 大根堆(前 K 小) / 小根堆（前 K 大)
* @param input
* @param k
* @return
*/
public static ArrayList<Integer> GetLeastNumbers_Solution(int[] input, int k) {
ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();
if (input == null || k <= 0 || k > input.length) {
return list;
}
int[] kArray = Arrays.copyOfRange(input, 0, k);
// 创建大根堆
buildHeap(kArray);
for (int i = k; i < input.length; i++) {
if (input[i] < kArray[0]) {
kArray[0] = input[i];
maxHeap(kArray, 0);
}
}
for (int i = kArray.length - 1; i >= 0; i--) {
list.add(kArray[i]);
}
return list;
}
public static void buildHeap(int[] input) {
for (int i = input.length / 2 - 1; i >= 0; i--) {
maxHeap(input, i);
}
}
private static void maxHeap(int[] array, int i) {
int left = 2 * i + 1;
int right = left + 1;
int largest = 0;
if (left < array.length && array[left] > array[i]) largest = left;
else largest = i;
if (right < array.length && array[right] > array[largest]) largest = right;
if (largest != i) {
int temp = array[i];
array[i] = array[largest];
array[largest] = temp;
maxHeap(array, largest);
}
}
}
参考链接：
- https://leetcode-cn.com/problems/zui-xiao-de-kge-shu-lcof/solution/3chong-jie-fa-miao-sha-topkkuai-pai-dui-er-cha-sou/
- https://leetcode-cn.com/problems/zui-xiao-de-kge-shu-lcof/solution/jian-zhi-offer-40-zui-xiao-de-k-ge-shu-j-9yze/
END
革命尚未成功，同志仍需努力，冲冲冲
