topk算法问题的实现

转自程序员编程艺术,topk实现算法

寻找最大的k个数的问题的实用范围更广,因为它牵扯到了一个Top K算法问题,以及有关搜索引擎,海量数据处理等广泛的问题。

0、咱们先简单的理解,要求一个序列中最小的k个数,按照惯有的思维方式,很简单,先对这个序列从小到大排序,然后输出前面的最小的k个数即可。

1、至于选取什么的排序方法,我想你可能会第一时间想到快速排序,我们知道,快速排序平均所费时间为n*logn,然后再遍历序列中前k个元素输出,即可,总的时间复杂度为O(n*logn+k)=O(n*logn)

2、咱们再进一步想想,题目并没有要求要查找的k个数,甚至后n-k个数是有序的,既然如此,咱们又何必对所有的n个数都进行排序列?

这时,咱们想到了用选择或交换排序,即遍历n个数,先把最先遍历到得k个数存入大小为k的数组之中,对这k个数,利用选择或交换排序,找到k个数中的最大数kmax(kmax设为k个元素的数组中最大元素),用时O(k)(你应该知道,插入或选择排序查找操作需要O(k)的时间),后再继续遍历后n-k个数,x与kmax比较:如果xkmax,则不更新数组。这样,每次更新或不更新数组的所用的时间为O(k)或O(0),整趟下来,总的时间复杂度平均下来为:n*O(k)=O(n*k)

3、当然,更好的办法是维护k个元素的最大堆,原理与上述第2个方案一致,即用容量为k的最大堆存储最先遍历到的k个数,并假设它们即是最小的k个数,建堆费时O(k)后,有k1O(n*logk)。此方法得益于在堆中,查找等各项操作时间复杂度均为logk(不然,就如上述思路2所述:直接用数组也可以找出前k个小的元素,用时O(n*k))。

所以,综合考虑,我们一般还是选择用建立k个元素的最大堆的方法解决此类寻找最小的k个数的问题。

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