【LeetCode刷题】数组中的第K个最大元素

数组中的第K个最大元素

题目描述:

给定整数数组 nums 和整数 k,请返回数组中第 k 个最大的元素。

请注意,你需要找的是数组排序后的第 k 个最大的元素,而不是第 k 个不同的元素。

你必须设计并实现时间复杂度为 O(n) 的算法解决此问题。

示例 1:

输入: [3,2,1,5,6,4], k = 2
输出: 5

示例 2:

输入: [3,2,3,1,2,4,5,5,6], k = 4
输出: 4

思路:

  1. 暴力法(排序法)
    我们先将数据进行排序,然后取出第几大的数据
    【LeetCode刷题】数组中的第K个最大元素_第1张图片
    Java算法:


class Solution {
    // Leetcode 215. Kth Largest Element in an Array
    // Sort
    // N is the size of nums
    // Time Complexity: O(NlogN)
    // Space Complexity: O(1)
    public int findKthLargest(int[] nums, int k) {
        Arrays.sort(nums);
        return nums[nums.length - k];
    }
}

js算法

let findKthLargest = function(nums, k) {
    nums.sort((a, b) => b - a).slice(0, k);
    return nums[k-1]
};
  1. 堆排序
    【LeetCode刷题】数组中的第K个最大元素_第2张图片
    【LeetCode刷题】数组中的第K个最大元素_第3张图片
    Java

class Solution {
    // Leetcode 215. Kth Largest Element in an Array
    // Heap
    // N is the size of nums
    // Time Complexity: O(NlogK)
    // Space Complexity: O(1)
    public int findKthLargest(int[] nums, int k) {
        // Min heap
        PriorityQueue<Integer> pq = new PriorityQueue<>();
        for (int num: nums) {
            pq.add(num);
            if (pq.size() > k) {
                pq.poll();
            }
        }

        return pq.peek();
    }
}

js代码:构造前 k 个最大元素小顶堆,取堆顶

let findKthLargest = function(nums, k) {
    // 从 nums 中取出前 k 个数,构建一个小顶堆
    let heap = [,], i = 0
    while(i < k) {
       heap.push(nums[i++]) 
    }
    buildHeap(heap, k)
    
    // 从 k 位开始遍历数组
    for(let i = k; i < nums.length; i++) {
        if(heap[1] < nums[i]) {
            // 替换并堆化
            heap[1] = nums[i]
            heapify(heap, k, 1)
        }
    }
    
    // 返回堆顶元素
    return heap[1]
};

// 原地建堆,从后往前,自上而下式建小顶堆
let buildHeap = (arr, k) => {
    if(k === 1) return
    // 从最后一个非叶子节点开始,自上而下式堆化
    for(let i = Math.floor(k/2); i>=1 ; i--) {
        heapify(arr, k, i)
    }
}

// 堆化
let heapify = (arr, k, i) => {
    // 自上而下式堆化
    while(true) {
        let minIndex = i
        if(2*i <= k && arr[2*i] < arr[i]) {
            minIndex = 2*i
        }
        if(2*i+1 <= k && arr[2*i+1] < arr[minIndex]) {
            minIndex = 2*i+1
        }
        if(minIndex !== i) {
            swap(arr, i, minIndex)
            i = minIndex
        } else {
            break
        }
    }
}

// 交换
let swap = (arr, i , j) => {
    let temp = arr[i]
    arr[i] = arr[j]
    arr[j] = temp
}
  1. 快速排序
    【LeetCode刷题】数组中的第K个最大元素_第4张图片
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    【LeetCode刷题】数组中的第K个最大元素_第6张图片
    【LeetCode刷题】数组中的第K个最大元素_第7张图片
    将i和r交换的目的是:
    将随机取出来的值,先移动到数组的尾端。然后将该值前面的数分区。此时的num[i]即为快速排序的pivot数。

【LeetCode刷题】数组中的第K个最大元素_第8张图片
【LeetCode刷题】数组中的第K个最大元素_第9张图片

class Solution {
    // Leetcode 215. Kth Largest Element in an Array
    // Quick Sort
    // N is the size of nums
    // Time Complexity: O(N)
    // Space Complexity: O(logN)
    public int findKthLargest(int[] nums, int k) {
        return quickSort(nums, 0, nums.length-1, k);
    }

    public int quickSort(int[] nums, int l, int r, int k) {
        int index = randomParition(nums, l, r);
        if (index == k-1) {
            return nums[index];
        } else {
            return index > k-1? quickSort(nums, l, index-1, k) : quickSort(nums, index+1, r, k);
        }
    }

    public int randomParition(int[] nums, int l, int r) {
        int i = (int) (Math.random()*(r - l))+l;
        swap(nums, i, r);
        return partition(nums, l, r);
    }

    public void swap(int[] nums, int i, int j) {
        int temp = nums[i];
        nums[i] = nums[j];
        nums[j] = temp;
    }

    public int partition(int[] nums, int l, int r) {
        int pivot = nums[r];
        int rightmost = r;
        while(l <= r) {
            while( l <= r && nums[l] > pivot ) {
                l++;
            }
            while( l <= r && nums[r] <= pivot ) {
                r--;
            }
            if (l <= r) {
                swap(nums, l, r);
            }
        }

        swap(nums, l, rightmost);
        return l;
    }
}

js代码:

let quickSort = (arr) => {
  quick(arr, 0 , arr.length - 1)
}

let quick = (arr, left, right) => {
  let index
  if(left < right) {
    // 划分数组
    index = partition(arr, left, right)
    if(left < index - 1) {
      quick(arr, left, index - 1)
    }
    if(index < right) {
      quick(arr, index, right)
    }
  }
}

// 一次***
let partition = (arr, left, right) => {
  // 取中间项为基准
  var datum = arr[Math.floor(Math.random() * (right - left + 1)) + left],
      i = left,
      j = right
  // 开始调整
  while(i <= j) {
    
    // 左指针右移
    while(arr[i] < datum) {
      i++
    }
    
    // 右指针左移
    while(arr[j] > datum) {
      j--
    }
    
    // 交换
    if(i <= j) {
      swap(arr, i, j)
      i += 1
      j -= 1
    }
  }
  return i
}

// 交换
let swap = (arr, i , j) => {
    let temp = arr[i]
    arr[i] = arr[j]
    arr[j] = temp
}

// 测试
let arr = [1, 3, 2, 5, 4]
quickSort(arr)
console.log(arr) // [1, 2, 3, 4, 5]
// 第 2 个最大值
console.log(arr[arr.length - 2])  // 4

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