求数组中最小的k个数以及海量数据最大堆、multiset解决方案


【题目】

输入n个整数,找出其中最小的K个数。例如输入4,5,1,6,2,7,3,8这8个数字,则最小的4个数字是1,2,3,4,。


【方案一】

主要有两种方案。第一是利用我们熟知的 partition 算法,它是快速排序的核心,相信每个人都会。它可以用来求取数组的任意第 k 大的数,时间复杂度是O(n)。我们不断对数据 partition,当它返回的 index 为第 k-1 是,那么就说明前 k 个数(包括 index对应的数)就是最小的 k 个数了。因为 index 对应数的左侧都比它小,一共 0~k-2 即 k-1 个,加上它自己,就是 k 个了。


代码:

class Solution {
public:
    vector<int> GetLeastNumbers_Solution(vector<int> input, int k) {
        const int size = input.size();
        vector<int> res;
        if(size == 0 || k <= 0 || k > size)
            return res;
        if(k == size)
            return input;
    
        int start = 0;
        int end = size - 1;
        int index = partition(input, start, end);
        while(index != k - 1){ 
            if(index > k - 1)
                end = index - 1;
            else
                start = index + 1;
            index = partition(inp
<think>嗯,用户想在Java中把一个包含重复元素的数组拆分成多个子数组,每个子数组里的元素都是唯一的。首先,我需要理解这个问题的具体要。拆分后的每个子数组中的元素必须互不重复,而原数组中可能有多个重复元素。比如,原数组是[1,2,2,3],那么可能需要拆分成[1,2,3]和[2],或者类似的结构。 接下来,我得考虑如何统计每个元素的出现次数。因为要确保每个子数组中的元素唯一,所以每个元素出现的次数决定了最少需要多少个子数组。例如,如果一个元素出现了3次,那么至少需要3个子数组来容纳它。因此,整个数组拆分的子数组数目等于原数组中元素的最大重复次数。这一步需要统计频率,可以用HashMap来实现,键是元素,值是对应的出现次数。 然后,确定了子数组的数量后,需要将元素分配到这些子数组中。每个子数组在分配时,必须确保当前元素还没有被放入该子数组。例如,假设元素2出现了3次,那么在三个不同的子数组中各放一次。这可能需要一个循环,遍历每个元素,然后将它们依次放入不同的子数组,避免同一子数组中出现重复。 不过,这样的分配方式是否可行?比如,如果原数组是[2,2,2,3,3],那么最大重复次数是3(元素2),所以需要3个子数组。元素2会被分配到三个子数组中,而元素3出现两次,需要分配到其中两个子数组。最终的每个子数组应该是[2,3], [2,3], [2]。这样每个子数组内的元素都是唯一的。 接下来,如何实现这个逻辑呢?首先统计频率,找到最大次数。然后创建相应数量的子数组。然后遍历原数组中的每个元素,对于每个元素,根据其出现的次数,依次分配到不同的子数组中。例如,元素x出现了n次,那么需要把它放在前n个子数组中,每个子数组放一次。 这里需要注意,可能原数组中的元素顺序会影响子数组的分配,但题目没有要保持原顺序,所以可以按任意顺序处理。如果需要保持相对顺序,可能处理起来会更复杂,但用户的问题中没有明确说明这点,所以假设不需要保持顺序。 在Java中,可以使用ArrayList来动态创建这些子数组。首先根据最大频率确定子数组的数量,每个子数组初始化为一个ArrayList。然后遍历原数组中的每个元素,同时维护一个计数器,记录每个元素已经被分配到第几个子数组。例如,元素x第一次出现时放入子数组0,第二次放入子数组1,依此类推,直到达到其出现次数为止。 例如,元素x出现3次,那么在分配时,第一次放在子数组0,第二次放在子数组1,第三次放在子数组2。这样每个子数组中的x只出现一次。其他元素同理。 这样,整个算法的时间复杂度是O(n),其中n是原数组的长度,因为需要遍历数组两次:一次统计频率,一次分配元素。空间复杂度则是O(n),用于存储子数组和频率统计。 接下来,代码实现部分。首先统计频率,可以使用HashMap。然后找到最大值。然后创建max个ArrayList。然后遍历原数组中的每个元素,同时维护每个元素当前的分配位置。例如,对于元素num,从0开始,分配到第current次的位置,然后将current递增,直到达到count-1。 可能的Java代码: public static List<List<Integer>> splitArray(int[] arr) { Map<Integer, Integer> freq = new HashMap<>(); for (int num : arr) { freq.put(num, freq.getOrDefault(num, 0) + 1); } int max = Collections.max(freq.values()); List<List<Integer>> subarrays = new ArrayList<>(); for (int i = 0; i < max; i++) { subarrays.add(new ArrayList<>()); } Map<Integer, Integer> ptr = new HashMap<>(); for (int num : arr) { int current = ptr.getOrDefault(num, 0); subarrays.get(current).add(num); ptr.put(num, current + 1); } return subarrays; } 不过这里需要注意,在遍历原数组时,必须按照元素出现的顺序依次分配到不同的子数组中。例如,元素num出现k次,那么每次出现要分配到不同的子数组,从0到k-1。因此,在遍历时,对于每个元素num,取出当前的指针current,然后分配到subarrays.get(current),之后指针加1。这样,每个num的每个出现都会被分配到不同的子数组,确保每个子数组中的num只出现一次。 这样处理后的子数组,每个里面的元素都是唯一的。例如,原数组[2,2,2,3,3],拆分后的子数组会是[[2,3], [2,3], [2]]。这样每个子数组中的元素都是唯一的。 不过,如果原数组中有其他元素,比如[1,2,2,3,3,3,4],那么最大重复次数是3(元素3出现3次),所以需要3个子数组。分配后,元素1放在子数组0,元素2的两个出现分别放在子数组0和1,元素3的三个出现放在0、1、2,元素4放在子数组0。结果会是子数组0:[1,2,3,4],子数组1:[2,3],子数组2:[3]。这样每个子数组中的元素都是唯一的。 这样应该满足用户的需。可能的优化是,是否可以在遍历时更高效,或者是否需要处理其他特殊情况,比如空数组或者所有元素都唯一的情况。例如,如果所有元素都是唯一的,那么只需要一个子数组,包含所有元素。 此外,用户提到的参考引用中,引用[2]提到Java中有开源实现的算法库,可能可以参考相关数据结构的使用。例如,使用Guava库中的Multiset来处理频率统计,但这里用标准Java的HashMap已经足够。 总结步骤: 1. 统计每个元素的频率。 2. 确定最大频率,即所需子数组的数量。 3. 初始化子数组列表。 4. 遍历原数组,将每个元素依次分配到不同的子数组中,确保每个子数组中的元素唯一。 这样就能得到符合要的子数组集合。</think>在Java中将包含重复元素的数组拆分为多个子数组,确保每个子数组内元素唯一,可以通过以下步骤实现: --- ### 实现步骤 1. **统计元素频率** 使用`HashMap`记录每个元素的出现次数,并找出最大重复次数$max$。这个$max$值决定了需要创建的子数组数量。 2. **初始化子数组列表** 根据$max$值创建对应数量的子数组(例如$max=3$时需创建3个子数组)。 3. **分配元素到子数组** 再次遍历原数组,将每个元素依次分配到不同的子数组中,确保每个子数组内不重复。通过维护一个指针表(记录每个元素当前应分配的索引)实现[^2]。 --- ### Java代码实现 ```java import java.util.*; public class ArraySplitter { public static List<List<Integer>> splitArray(int[] arr) { Map<Integer, Integer> frequencyMap = new HashMap<>(); // 统计元素频率 for (int num : arr) { frequencyMap.put(num, frequencyMap.getOrDefault(num, 0) + 1); } // 确定最大重复次数 int max = Collections.max(frequencyMap.values()); // 初始化子数组 List<List<Integer>> subarrays = new ArrayList<>(); for (int i = 0; i < max; i++) { subarrays.add(new ArrayList<>()); } // 分配元素到子数组 Map<Integer, Integer> pointerMap = new HashMap<>(); for (int num : arr) { int currentPointer = pointerMap.getOrDefault(num, 0); subarrays.get(currentPointer).add(num); pointerMap.put(num, currentPointer + 1); } return subarrays; } public static void main(String[] args) { int[] arr = {1, 2, 2, 3, 3, 3}; List<List<Integer>> result = splitArray(arr); System.out.println(result); // 输出示例:[[1, 2, 3], [2, 3], [3]] } } ``` --- ### 核心逻辑说明 - **时间复杂度**:$O(n)$,其中$n$为数组长度(两次遍历)。 - **空间复杂度**:$O(n)$,存储频率表和子数组。 - **适用场景**:需要将重复元素均匀分配到不同子数组且保证唯一性的场景,如分布式数据处理或负载均衡[^2]。 ---
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