剑指Offer——最小的k个数

最小的k个数

题目描述

输入整数数组 arr ,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。

想法

复习一下快排,快排的核心就是先找一个基准数(一般为第一个),然后将所有比基准数小的数字放到自己左边,大的放右边。然后递归操作左边和右边。
具体的操作是设置两个指针分别指向头和尾,然后不断缩小左右边界,如果出现大的数字在左边就放到右边,反之亦然。详见代码。

代码

class Solution {
public:
    void quick_sort(vector<int>&a, int l, int r) {
        if (l>=r) return;
        int i=l, j=r, x=a[l];
        while (i<j) {
            while (i<j && a[j]>=x) j--;
            if (i<j) a[i++]=a[j];
            while (i<j && a[i]<x) i++;
            if (i<j) a[j--]=a[i];
        }
        a[i]=x;
        quick_sort(a, l, i-1);
        quick_sort(a, i+1, r);
    }
    vector<int> getLeastNumbers(vector<int>& arr, int k) {
        quick_sort(arr, 0, arr.size()-1);
        // sort(arr.begin(), arr.end());
        return vector<int>( arr.begin(), arr.begin()+k );
    }
};
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### 剑指Offer中的排序算法题解 #### 归并排序的应用实例 对于数组 `B` 的构建,通过两次遍历实现乘积数组的构造。第一次正向遍历计算前缀积存入 `B[i] = A[0] * …A[i-1]`;第二次反向遍历更新 `B[i] = A[i+1]…A[n-1] * B[i]`[^1]。 ```cpp vector<int> constructProductArray(const vector<int>& nums) { int length = nums.size(); vector<int> b(length, 1); // 计算下三角矩阵连乘结果 int product = 1; for(int i=1;i<length;++i){ product *= nums[i-1]; b[i]=product; } // 计算上三角矩阵连乘结果并与之前的结果相乘 product = 1; for(int j=length-2;j>=0;--j){ product*=nums[j+1]; b[j]*=product; } return b; } ``` 此方法巧妙地避开了直接除法运算可能带来的浮点数精度损失问题,并且时间复杂度保持在线性级别O(n),空间复杂度同样为O(n)用于存储最终返回的产品数组b[]。 #### 数组最小值查找优化 针对旋转排序数组特性设计了一种线性扫描策略来寻找其中的最小元素。当遇到降序对时即找到了原升序序列被切割后的起点位置,从而确定了整个数组中真正的最小值所在索引处的新首项[^3]。 ```cpp class Solution { public: int minArray(vector<int>& numbers) { int n = numbers.size(); if (n == 1) return numbers[0]; for (int i = 0; i < n - 1; ++i) if (numbers[i] > numbers[i + 1]) return numbers[i + 1]; return numbers[0]; } }; ``` 这段代码实现了常量级别的额外内存消耗以及最坏情况下仍能保证O(n)的时间性能表现,在处理边界条件方面也做了充分考虑。 #### 使用哈希表解决唯一性检测问题 为了高效找出列表里仅出现过一次的那个整数值,采用C++ STL库内的关联容器——映射(map)来进行频率计数操作。先完成一轮完整的迭代填充好键值对关系之后再做第二轮筛选工作以定位目标单例元素的位置[^4]。 ```cpp class Solution { public: int singleNumber(vector<int>& nums) { map<int, int> count_map; // 统计各数字出现频次 for(auto& e : nums){ count_map[e]++; } // 查找只出现了1次的数字 for(auto& pair : count_map){ if(pair.second == 1) return pair.first; } throw invalid_argument("No unique element found"); } }; ``` 上述三种题目均体现了不同场景下的排序思维应用方式及其变体形式,展示了如何灵活运用基础数据结构与算法技巧解决问题的能力。
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