ch6_8 数组中前K个高频元素

1.1 涵盖知识点

1. 完全二叉树定义，

2. 满足 堆序型的完全二叉树 形成 ：堆；

3. 使用 优先级队列容器适配器 实现堆 ；

4. 优先级队列：优先级队列中元素的出队顺序 与元素的优先级有关。

5. 优先级队列中， 三个参数的意义：

template <typename T,
        typename Container=std::vector<T>,
        typename Compare=std::less<T> >
class priority_queue{
    //......
}

1. typename T：指定存储元素的具体类型；

2. typename Container：指定 priority_queue 底层使用的基础容器，

3. typename Compare：指定容器中评定元素优先级所遵循的排序规则，
默认使用std::less<T>按照元素值从大到小进行排序，
还可以使用std::greater<T>按照元素值从小到大排序，
但更多情况下是使用自定义的排序规则。

上述的 数据结构， 在 C++ STL 标准模版库中， 使用了 priority_queue: 优先级队列容器适配器实现了;

1. pair: 关联式容器 中的 pair 类模板： 用来将2个普通元素 first, second 创建成一个新的元素，称为键值对 ;

2. unordered_map: 关联式容器， 其中存储的元素， 都是一个一个的 “键值对” （）;
   并且 unordered_map 底层实现是一个哈希表，key 无序，且不可重复， key 不可以修改；

3. 容器中元素的遍历， 这里是 unordered_map 容器, 采用 增强型的 for 循环方式；

4. auto: 自动类型推导；

5. decltype: 声明类型， declare type;

6. 向量容器中的 emplace_back() 方法: 在序列尾部生成一个元素；

7. priority_queue 优先级队列 容器适配器: 中的 emplace() 方法： 此方法的作用， 根据既定的排序规则，在容器适配器适当的位置直接 生成该 新元素；
   （emplace(Args&&… args)，而对于 类对象来说， 可能需要多个数据构造出一个对象， 所以使用 Agrs … args 表示构造一个存储类型的元素，所需要的数据）

2 逻辑步骤

构建一个比较函数， 返回bool 类型； 用于比较两对 中， 谁的 value 大， 即对应元素出现的次数更多；

构建 题目任务的 topK 函数， 返回一个向量容器， 其中存储的元素 是前 K 个 高频出现的 元素值；

1. 新建一个 无序的关联式容器 unordered_map<> uMap, 用于存放，数组元素以及 对应元素出现的次数；

2. 遍历给定的数组， 将给定数组中的元素作为key 存储在 uMap 中, 该元素出现的次数作为 value 存储在 uMap 中；

3. 使用优先级队列，构建一个小根堆； 注意priority_que 传入的 三个参数的意义， 使用该优先级队列 按照第三个传入的参数 规则， 形成一个小顶堆；

4. 遍历 uMap 中 , 将其中元素存入到小根堆中，并作维护大小为 K 的 小顶堆；
   4.1 如果堆的大小 == K 个 键值对：
   并且此时如果， 小根堆的堆顶中的键值对，, value 小于当前 uMap 中的 freq, 则将顶层的 移除，将当前的uMap 中的 加入到队列中；
   4.2 否则， 堆的大小小于 K 时， 则直接将当前uMap 中的 加入堆中；

5. 创建一个结果集 向量容器 ret; 用于存储小根堆中 每一对 中的 key；

6. 遍历小根堆， 当小根堆不为空时， 将小根堆中每一对 中的 key , 存入到 ret 中， 并移除当前堆顶的 .

7. 返回 ret;

#include "unordered_map" //  用于保存数组的元素， 以及元素出现的次数；   其中包含了 pair 的模版
#include "vector"   // 用于保存最终top k 个元素；
#include "queue"   //  调用 priority_queue 构建 小根堆；

using namespace std;

class  Solution{
public:
    //  制定优先级队列中， 优先级的规则定义；  即判断两个元素 对应的频率更大；
    static bool  cmp_fun(pair<int,int>& m, pair<int, int>& n )  {
        return  m.second > n.second;  // 按照 value 的大小作为 优先级 标注；
    }


    vector<int>  topKFreq(vector<int>& nums, int k){
        // 1. 新建一个 unordered_map 用于存放元素和次数；
        unordered_map<int, int>  uMap;

        //  2. 遍历数组， 将其中的元素， 以及对应次数存入到 uMap 中；
        for(auto ele: nums)  uMap[ele]++;  // : key 代表 数组中的元素， value: 代表该元素出现的次数；


        // 3.  使用优先级队列， 构造小根堆； 注意优先级队列三个参数的意义；
        priority_queue<pair<int, int>,  vector<pair<int, int>>,  decltype(&cmp_fun) >   heap(cmp_fun);


        // 4.  遍历uMap 将其中的  ， 形成一个 大小为K 的小根堆；；
        for(auto& [ele, freq]: uMap){
            if(heap.size() ==  k){  //  如果小根堆的大小为 K， 则此时开始 维护 小根堆；
                if(heap.top().second < freq){  // 如果堆顶的键值对中的 freq 小于当前的 freq, 则移除堆顶的 键值对， 存入当前的键值对；
                    heap.pop();
                    heap.emplace(ele, freq);  // 使用 emplace()   优先级队列中的方法；
                }
            }else{ heap.emplace( ele, freq);}  // 否则，堆的大小 小于 K， 直接存入键值对；

        }

        // 5. 创建一个结果集， 用于保存小根堆中 的 key 数值；
        vector<int>  result;
        // 6.  当小根堆不为空时， 将其中每一对的 key 存入到结果集中；
        while (!heap.empty()){
            result.push_back(heap.top().first);
            heap.pop();
        }
        return  result;
    }

};

// 时间复杂度：O(nlogk)
// 空间复杂度：O(n)
class Solution {
public:
    // 小顶堆
    class mycomparison {
    public:
        bool operator()(const pair<int, int>& lhs, const pair<int, int>& rhs) {
            return lhs.second > rhs.second;
        }
    };
    vector<int> topKFrequent(vector<int>& nums, int k) {
        // 要统计元素出现频率
        unordered_map<int, int> map; // map
        for (int i = 0; i < nums.size(); i++) {
            map[nums[i]]++;
        }

        // 对频率排序
        // 定义一个小顶堆，大小为k
        priority_queue<pair<int, int>, vector<pair<int, int>>, mycomparison> pri_que;

        // 用固定大小为k的小顶堆，扫面所有频率的数值
        for (unordered_map<int, int>::iterator it = map.begin(); it != map.end(); it++) {
            pri_que.push(*it);
            if (pri_que.size() > k) { // 如果堆的大小大于了K，则队列弹出，保证堆的大小一直为k
                pri_que.pop();
            }
        }

        // 找出前K个高频元素，因为小顶堆先弹出的是最小的，所以倒序来输出到数组
        vector<int> result(k);
        for (int i = k - 1; i >= 0; i--) {
            result[i] = pri_que.top().first;
            pri_que.pop();
        }
        return result;

    }
};