【LeetCode】215. Kth Largest Element in an Array

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215. Kth Largest Element in an Array

Find the kth largest element in an unsorted array. Note that it is the kth largest element in the sorted order, not the kth distinct element.

Example 1:

Input: [3,2,1,5,6,4] and k = 2
Output: 5

Example 2:

Input: [3,2,3,1,2,4,5,5,6] and k = 4
Output: 4

Note:
You may assume k is always valid, 1 ≤ k ≤ array's length.

解题思路:

(1)堆排序

class Solution:
    def findKthLargest(self, nums: List[int], k: int) -> int:
        """
        :param nums: List[int] 待排序列表
        :param k: int 第k大数值
        :return: int 返回值
        """
        length = len(nums)
        # 构建大顶堆
        for i in range(length // 2 - 1, -1, -1):
            self.adjustHeap(nums, i, length)

        count = 0
        for j in range(length - 1, -1, -1):
            count += 1
            if count == k:
                return nums[0]
            self.swap(nums, 0, j)
            length -= 1
            self.adjustHeap(nums, 0, length)

    def adjustHeap(self, nums, i, length):
        """
        :param nums: 待排序数组
        :param i: 指定以i为根结点排序
        :param length: 待排序数组长度
        :return:
        """
        while True:
            leftChild = i * 2 + 1
            if leftChild >= length:
                return
            if leftChild + 1 < length and nums[leftChild + 1] > nums[leftChild]:
                leftChild += 1
            if nums[leftChild] > nums[i]:
                self.swap(nums, i, leftChild)
                i = leftChild
            else:
                return

    def swap(self, nums, i, j):
        temp = nums[i]
        nums[i] = nums[j]
        nums[j] = temp
   

(2)大顶堆-Python的heapq库

class Solution:
    def findKthLargest(self, nums: List[int], k: int) -> int:
        from heapq import heappush, heapreplace
        # 使用大顶堆
        heap = []
        for i in range(len(nums)):
            if i < k:
                heappush(heap, nums[i])  # 将 nums[i] 压入堆中
            else:
                if nums[i] > heap[0]:
                    m = heapreplace(heap, nums[i])  # 弹出最小的元素,并将nums[i]压入堆中,返回弹出的元素
        return heap[0]

(3)基于Partition函数的O(n)算法

class Solution:
    def findKthLargest(self, nums: List[int], k: int) -> int:

        low, high = 0, len(nums) - 1

        def select_k(nums, low, high, k):
            if low == high:
                return nums[low]
            partitionIndex = self.partition(nums, low, high)
            index = high - partitionIndex + 1  # 找到的是第几大的值
            if index == k:
                return nums[partitionIndex]
            elif index < k:
                # 此时向左查找
                return select_k(nums, low, partitionIndex - 1, k - index)
            else:
                return select_k(nums, partitionIndex + 1, high, k)

        return select_k(nums, low, high, k)

    def partition(self, nums, low, high):
        pivot = nums[low]
        while low < high:
            while low < high and pivot <= nums[high]:
                high -= 1
            nums[low] = nums[high]
            while low < high and pivot > nums[low]:
                low += 1
            nums[high] = nums[low]

        nums[high] = pivot

        return high

 

### 关于LeetCode215题的描述 LeetCode215题名为 **Kth Largest Element in an Array**,其问题是要求在一个无序数组中找到第k大的元素。需要注意的是,这里的“第k大”是指按照降序排列后的第k个位置上的数。 #### 解决方案概述 一种常见的解决方法是利用堆排序算法来实现这一目标。通过构建一个小顶堆(Min Heap),可以有效地获取到所需的第k大元素。这种方法的时间复杂度通常为 \(O(n \log k)\),其中 n 是数组长度,而 k 则是我们要找的目标次序[^4]。 以下是基于 Python 的解决方案代码: ```python import heapq def findKthLargest(nums, k): # 使用heapq模块中的nlargest函数直接找出前k大的数并返回最后一个即为我们想要的结果 return heapq.nlargest(k, nums)[-1] # 测试样例 nums = [3, 2, 1, 5, 6, 4] k = 2 print(findKthLargest(nums, k)) # 输出应为5 ``` 此段代码借助了 `heapq` 库里的 `nlargest` 方法简化操作流程,从而达到快速定位的目的[^5]。 另外还有一种方式就是先对整个列表完成全面排序之后再选取相应索引处数值作为最终答案;不过这种做法虽然直观却可能带来不必要的计算负担,在性能上未必优于上述提到过的最小堆策略。 ### 提供更高效的解答思路 除了运用内置库外还可以手动创建最大堆(MaxHeap), 并持续移除顶部直到剩下最后那个代表所需值为止; 或者采用分治法(Divide And Conquer Approach)像快速选择(Quickselect Algorithm)那样只关注局部区域进而减少整体迭代次数以提高效率至平均情况下的线性时间复杂度 O(N)[^6].
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