深入线性时间复杂度求数组中第K大数的方法详解

2024-11-27 15:46:10

求数组中第K大的数可以基于快排序思想，步骤如下：
1、随机选择一个支点
2、将比支点大的数，放到数组左边；将比支点小的数放到数组右边；将支点放到中间(属于左部分)
3、设左部分的长度为L，
当K < L时，递归地在左部分找第K大的数
当K > L时，递归地在有部分中找第(K - L)大的数
当K = L时，返回左右两部分的分割点（即原来的支点），就是要求的第K大的数
以上思想的代码实现如下：

代码如下:

/**
线性时间复杂度求数组中第K大数
** author :liuzhiwei
** data   :2011-08-07
**/
#include "iostream"
using namespace std;
//基于快速排序思想，求数组a中第k大的数，low和high分别为数组的起始和结束位置
//时间复杂度为o(n)，n为数组的长度
//1<=k<=n
//如果存在，返回第k大数的下标，否则返回-1
int selectk(int a[], int low, int high, int k)
{
if(k <= 0)
  return -1;
if(k > high - low + 1)
  return -1;
int pivot = low + rand()%(high - low + 1);    //随即选择一个支点
swap(a[low], a[pivot]);
int m = low;
int count = 1;
//一趟遍历，把较大的数放到数组的左边
for(int i = low + 1; i <= high; ++i)
{
  if(a[i] > a[low])
  {
   swap(a[++m], a[i]);
   count++;              //比支点大的数的个数为count-1
  }
}
swap(a[m], a[low]);           //将支点放在左、右两部分的分界处
if(count > k)
{
  return selectk(a, low, m - 1, k);
}
else if( count < k)
{
  return selectk(a, m + 1, high, k - count);
}
else
{
  return m;
}
}
int main(void)
{
int a[] = {5, 15, 5, 7, 9, 17,100, 3, 12, 10, 19, 18, 16, 10, 1000,1,1,1,1,1,1,1,1};
int r = selectk(a, 0, sizeof(a) /sizeof(int) - 1, 5);
cout<<(r == -1 ? r : a[r])<<endl;
system("pause");
return 0;
}

稍微改动一下，就可以修改为求数组中第K小数
完整的代码如下：

代码如下:

/**
线性时间复杂度求数组中第K小数
** author :liuzhiwei
** data   :2011-08-07
**/
#include "iostream"
using namespace std;
//基于快速排序思想，求数组a中第k小的数，low和high分别为数组的起始和结束位置
//时间复杂度为o(n)，n为数组的长度
//1<=k<=n
//如果存在，返回第k小数的下标，否则返回-1
int selectk(int a[], int low, int high, int k)
{
if(k <= 0)
  return -1;
if(k > high - low + 1)
  return -1;
int pivot = low + rand()%(high - low + 1);    //随即选择一个支点
swap(a[low], a[pivot]);
int m = low;
int count = 1;
//一趟遍历，把较小的数放到数组的左边
for(int i = low + 1; i <= high; ++i)
{
  if(a[i]<a[low])
  {
   swap(a[++m], a[i]);
   count++;              //比支点小的数的个数为count-1
  }
}
swap(a[m], a[low]);           //将支点放在左、右两部分的分界处
if(k < count)
{
  return selectk(a, low, m - 1, k);
}
else if( k > count)
{
  return selectk(a, m + 1, high, k - count);
}
else
{
  return m;
}
}
int main(void)
{
int a[] = {5, 15, 5, 7, 9, 17,100, 3, 12, 10, 19, 18, 16, 10, 1000,1,1,1,1,1,1,1,1};
int r = selectk(a, 0, sizeof(a) /sizeof(int) - 1, 23);
cout<<(r == -1 ? r : a[r])<<endl;
system("pause");
return 0;
}

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