最小的k个数

题目描述:查找最小的K个数
题目:输入n个整数,输出其中最小的K个数
例如,输入1、2、3、4、5、6、7、8这8个数字,则最小的4个数字为1、2、3、4。

解题思路:

首先:我们会想到先排序,这个想法最为直接,排完序之后自然可以找到最小的k个数,这是第一层思考;那么我们来分析一下常用的排序算法:
冒泡排序
选择排序(简单选择排序,堆排序)
插入排序(直接插入排序,希尔排序)
快速排序
归并排序

在这些算法中,冒泡排序和选择排序每循环一次就找到了一个最小值,可以不用全部排序;快速排序可以每循环一次即选择一个中轴值,一部分比它小,一部分比它大;这些特性都是有利于在查找最小的k个值中能够用到的。具体分析如下:

  • 当k=1时,简单选择排序和冒泡排序是最佳选择,它们均能通过一次遍历找到最小值,(堆排序存在一个建堆初始化的时间,这个时间在最坏情况下是O(4n))。这两个比较下,冒泡排序在最坏情况下一次遍历比较的时间复杂度为O(n-1),同时移动的时间复杂度为O(3(n-1)),而选择排序主要时间复杂度在比较上,同样为O(n-1) (排序的基本操作为比较和移动);但冒泡排序有一个好处是能通过一次遍历,来确定序列是不是最好情况,适用于k>1时做第一次遍历。
  • 当a>k>1时,依然使用简单选择排序是理想选择。这个a的临界点即是上面说到堆排序建堆初始化的时间代价。此时简单选择排序的时间复杂度为(n-1)+(n-2)+…+(n-a)。
  • 当k>a时,堆排序就开始发挥他的优势(使用小顶堆)。堆排序的创建堆的时间复杂度为O(n),每次调整的时间复杂度为O(logn),调整k次的时间复杂度为O(n+klogn);堆排序除了时间复杂度以外,它的空间复杂度为O(1),有利于节省空间;在k>a的范围内,若k>n/2,可以先使用快速排序的特性,能够快速找到一部分,降低搜索空间的同时降低k值。
  • 当k接近于n时,快排是最快的。
  • 最后,当n是属于海量数据级别的,以至于不能使用内排的情况。由于这时问题的复杂性主要取决于读盘,因此我们希望的是找出最小的k个数的代价是只读一遍磁盘。在这种情况下,k=1时,简单选择排序是可以的;当k>1时,需要使用堆排序,建立一个包括k个元素的大顶堆,每次读取一个与堆顶比较,大于堆顶就舍去,小于堆顶就把堆顶替换然后再调整成大顶堆.

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