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最小的k个数

2024-07-16 17:47:04   224人阅读

题目描述：

输入n个整数，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,。

输入：

每个测试案例包括2行：

第一行为2个整数n，k(1<=n，k<=200000)，表示数组的长度。

第二行包含n个整数，表示这n个数，数组中的数的范围是[0,1000 000 000]。

输出：

对应每个测试案例，输出最小的k个数，并按从小到大顺序打印。

样例输入：
8 44 5 1 6 2 7 3 8
样例输出：
1 2 3 4
思路1：使用快速排序（或者其他排序）对这n个数进行排序，取出前k个即可（O(nlogn)）。
思路2：我们可以使用快排的partition操作来解决问题，如果基于数组的第k个数字进行调整，使得比第k个数字小的所有数字出现在其左边，而比该数字大的出现在右边，这样，位于数组中左边的k个数字即为所求。（O（n））

方案2代码：
/*
最小的k个数
by Rowandjj
2014/8/9
*/
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int partition(int arr[],int low,int high)
{
	int val = arr[low];
	while(low < high)
	{
		while(low < high && arr[high] >= val)
		{
			high--;
		}
		arr[low] = arr[high];
		while(low < high && arr[low] <= val)
		{
			low++;
		}
		arr[high] = arr[low];
	}
	arr[low] = val;
	return low;
}
//获取最小的k个数
void GetLeastNumbers(int input[],int n,int output[],int k)
{
	if(input == NULL || output == NULL || n<=0 || k<=0 || k > n)
	{
		return;
	}
	int low = 0,high = n-1;
	int index = partition(input,low,high);
	while(index != k-1)
	{
		if(index > k-1)
		{
			high = index - 1;
			index = partition(input,low,high);
		}else
		{
			low = index+1;
			index = partition(input,low,high);
		}
	}
	for(int i = 0; i < k; i++)
	{
		output[i] = input[i];
	}
}
//-------------------------
//这题要求最小的k个数保持有序，故而使用快排对其进行排序
void QuickSort(int arr[],int low,int high)
{
	if(arr == NULL || low >= high)
	{
		return;
	}
	int index = partition(arr,low,high);
	QuickSort(arr,low,index-1);
	QuickSort(arr,index+1,high);
}
int main()
{
	int n,k;
	int output[200000];
	while(scanf("%d %d",&n,&k) != EOF)
	{
		if(n <= 0 || k <= 0 || k > n)
		{
			continue;
		}
		int *arr = (int*)malloc(sizeof(int)*n);
		if(!arr)
		{
			exit(-1);
		}
		for(int i = 0; i < n; i++)
		{
			scanf("%d",arr+i);
		}
		GetLeastNumbers(arr,n,output,k);
		QuickSort(output,0,k-1);
		for(int j = 0; j < k; j++)
		{
			if(j == k-1)
			{
				printf("%d\n",output[j]);
			}else
			{
				printf("%d ",output[j]);
			}
			
		}
                free(arr);
	}
	return 0;
}

[适合处理海量数据]思路3：可以先创建一个大小为k的数据容器来存储最小的k个数字，接下来我们每次从输入的n个整数中读入一个数，如果容器中已有的数字少于k个，则直接把这次读入的整数放到容器中，如果容器中已有k个数字，此时我们不再插入新的数字，而只能替换已有的数字。找出这已有的k个数中的最大值，然后拿这次待插入的整数和最大值进行比较，如果待插入的值比当前已有的最大值小，则用这个数替换当前已有的最大值，如果待插入的值比当前已有的最大值还要大，那么抛弃这个数。
容器可以使用大顶堆来实现。大顶堆的根始终最大，我们只需将待插入的整数和堆顶进行比较即可，如果发生替换，则只需调整大顶堆堆顶元素（可以使用堆排序中用到的那个HeapAdjust函数）。

代码：
/*
最小的k个数
by Rowandjj
2014/8/10
*/
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
void HeapAdjust(int arr[],int start,int end)
{
	if(arr == NULL || start < 0 || end <= 0 || start >= end)
	{
		return;
	}
	int temp = arr[start];
	int i = start*2+1;
	while(i <= end)
	{
		if(i+1<=end && arr[i+1]>arr[i])
		{
			i++;
		}
		if(temp > arr[i])
		{
			break;
		}
		arr[start] = arr[i];
		start = i;
		i = i*2+1;
	}
	arr[start] = temp;
}
bool GetLeastNumbers(int input[],int n,int output[],int k)
{
	if(input == NULL || output == NULL || n <= 0 || k <= 0 || k > n)
	{
		return false;
	}
	int count = 0;
	bool needBuildHeap = true;
	for(int i = 0; i < n; i++)
	{
		if(count < k)
		{
			output[count++] = input[i];
		}else
		{		
			//第一次需要整体建堆
			if(needBuildHeap)
			{
				for(int j = k/2-1;j >= 0; j--)//建堆,从第一个非叶子结点开始
				{
					HeapAdjust(output,j,k-1);
				}
				needBuildHeap = false;
			}
			//大顶堆建好之后，比较当前遍历的整数与堆顶元素大小
			if(input[i] >= output[0])//大于等于堆顶元素
			{
				continue;//舍弃
			}
			//如果比堆顶元素小，那么需要交换
			output[0] = input[i];
			HeapAdjust(output,0,k-1);//重新调整为大顶堆
		}				
	}
	return true;
}
//------------------------------------------
//因为要求从小到大排序，故而这里来一个堆排序
void HeapSort(int arr[],int len)
{
	if(arr == NULL || len <= 1)
	{
		return;
	}
	int i;
	for(i = len/2-1; i >= 0; i--)
	{
		HeapAdjust(arr,i,len-1);
	}
	for(i = len-1; i > 0; i--)
	{
		int temp = arr[0];
		arr[0] = arr[i];
		arr[i] = temp;
		HeapAdjust(arr,0,i-1);
	}
}
int main()
{
	int n,k;
	while(scanf("%d %d",&n,&k) != EOF)
	{
		if(n <= 0 || k <= 0)
		{
			continue;
		}
		int output[200000];
		int *arr = (int*)malloc(sizeof(int)*n);
		if(!arr)
		{
			exit(-1);
		}
		int i;
		for(i = 0; i < n; i++)
		{	
			scanf("%d",arr+i);
		}
		GetLeastNumbers(arr,n,output,k);
		HeapSort(output,k);
		for(i = 0; i < k; i++)
		{
			if(i == k-1)
			{
				printf("%d\n",output[i]);
			}else
			{
				printf("%d ",output[i]);
			}
			
		}
		free(arr);
	}
	return 0;
}



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