代码随想录-41-347.前K个高频元素

前言

在本科毕设结束后，我开始刷卡哥的“代码随想录”，每天一节。自己的总结笔记均会放在“算法刷题-代码随想录”该专栏下。
代码随想录此题链接

题目

给你一个整数数组 nums 和一个整数 k ，请你返回其中出现频率前 k 高的元素。你可以按 任意顺序 返回答案。

示例 1:

输入: nums = [1,1,1,2,2,3], k = 2
输出: [1,2]
示例 2:

输入: nums = [1], k = 1
输出: [1]

提示：

1 <= nums.length <= 105
k 的取值范围是 [1, 数组中不相同的元素的个数]
题目数据保证答案唯一，换句话说，数组中前 k 个高频元素的集合是唯一的

进阶：你所设计算法的时间复杂度 必须 优于 O(n log n) ，其中 n 是数组大小。

1.优先级队列（TopK问题） 小顶堆

思路（定义变量）

• 实现一个优先级队列（priority_queue，在C++的STL中的priority_queue是一个容器适配器，而不是一个容器，也就是说他需要底层容器实现它，而一般默认情况下底层容器是vector）
• unordered_map来统计元素出现的次数
• 返回结果是一个vector

2. 本题思路分析（具体可见卡哥链接）：

1. 统计所有元素的出现次数（通过unordered_map存储）
2. 将元素加入到priority_queue（设置为小顶堆）中（没加入一个元素，priority_queue会进行排序），

• prirority_queue<数据类型,底层容器类型,比较函数（函数对象）>
  (函数对象（也称为仿函数：指一个类看上去像个函数，具有类似函数的行为，即是仿函数类。 仿函数实现方式：在类中加入重载括号运算符的方法 --> operator() ），函数对象用struct/class结合operator成员函数实现)
• 自定义数据类型为pair（pair可以看成组成map的一组键值对，C++中pair的用法），

3. 如果优先级队列容量大于k,则弹出队首元素。
4. 遍历完毕后，优先级队列中存在的就是最大的K个元素，将其遍历输出到vector对象中， 并返回vector对象。

3. 算法实现

• 代码：

#include 
#include 
#include 
#include  
using namespace std;
struct comparision{
	bool operator() (const pair<int,int>& left,const pair<int,int>& right){
		return left.second > right.second;
	}
};

vector<int> topKFrequent(vector<int>& nums, int k) {
	//1.统计元素出现的频率
	unordered_map<int,int> map;
	for(int i = 0;i < nums.size();i++){
		map[nums[i]]++;
	}
	//2.通过 优先队列 对于元素进行排序(时间复杂度 n*O(log(k)))
	priority_queue<pair<int,int>,vector<pair<int,int>>,comparision> pri_que;
	for(auto it = map.begin();it != map.end();it++){
		pri_que.push(*it);
		if(pri_que.size() > k){
			pri_que.pop();
		} 
	}
	//3.将优先队列中的元素输出 
	vector<int> result;
	for(int i = 0;i < k;i++){
		result.push_back(pri_que.top().first);
		pri_que.pop();
	}
	return result;
}

int main() {
	int k = 2;
	vector<int> nums = {1,1,1,2,2,3};
	vector<int> vs = topKFrequent(nums,k);
	for(int v: vs){
		cout << v << " ";
	}
}

4. pop函数的算法复杂度

1. 时间复杂度：O(nlog(k)) (如果排序时不用优先队列，使用快速排序的话，时间复杂度为O(nlog(n)))
2. 空间复杂度：O(n)

5. 算法坑点

1. 掌握知识点：

• 关于优先级队列priority_queue中的第三个参数，如下，

priority_queue<pair<int,int>,vector<pair<int,int>>,comparision> pri_que;

中pri_que的第三个参数comparision，这是一个函数对象。
可以由如下struct结合operator() 成员函数实现 。

struct comparision{
	bool operator() (const pair<int,int>& left,const pair<int,int>& right){
		return left.second > right.second;
	}
};

其中pair是一种模板类型，

pair<int,int> pair1(2,3) ;//初始化
pair1 = pair<int,int>(1,4);//重新赋值
pair.first;//获取第一个值
pair.second;//获取第二个值

• 关于C++ 关于函数形参中const的作用，主要是让该对象保持只读，一般用在传参时搭配&对象引用上，即可以提升传参时的效率（因为是引用传递，不用向值传递一样在函数中复制一份对象）。

2. 记住仿函数 里面的operator方法前面要加上public: ，不然作用域默认为private
3. 仿函数是比较pair的second值，如果不写pair.second，则默认会先比较first
4. priority_queue的第三个参数，比较priority_queue成员大小的函数对象，只能通过strcut/class结合operator成员函数实现，不能使用函数指针实现