[剑指offer] 最小的k个数（C++解法）

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。
示例 1：

输入：arr = [3,2,1], k = 2
输出：[1,2] 或者 [2,1]

示例 2：

输入：arr = [0,1,2,1], k = 1
输出：[0]

限制：
0 <= k <= arr.length <= 10000
0 <= arr[i] <= 10000

直接排序法
思路：先将数组从小到大排序，然后直接取前k个元素。

class Solution {
public:
    vector<int> getLeastNumbers(vector<int>& arr, int k) {
        vector<int> vec;
        sort(arr.begin(), arr.end());
        for (int i = 0; i < k; ++i) {
            vec.push_back(arr[i]);
        }
        return vec;
    }
};

快排法（参考力扣官方题解）

思路：快排的划分函数每次执行完后都能将数组分成两个部分，小于等于分界值 pivot 的元素的都会被放到数组的左边，大于的都会被放到数组的右边，然后返回分界值的下标。与快速排序不同的是，快速排序会根据分界值的下标递归处理划分的两侧，而这里只需要处理划分的一边。

定义函数 randomized_selected(arr, l, r, k) 表示划分数组 arr 的 [l,r] 部分，使前 k 小的数在数组的左侧，在函数里调用快排的划分函数，假设划分函数返回的下标是 pos（表示分界值 pivot 最终在数组中的位置），即 pivot 是数组中第 pos - l + 1 小的数，那么一共会有三种情况：

如果 pos - l + 1 == k，表示 pivot 就是第 kk 小的数，直接返回即可；

如果 pos - l + 1 < k，表示第 kk 小的数在 pivot 的右侧，因此递归调用 randomized_selected(arr, pos + 1, r, k - (pos - l + 1))；

如果 pos - l + 1 > k，表示第 kk 小的数在 pivot 的左侧，递归调用 randomized_selected(arr, l, pos - 1, k)。

函数递归入口为 randomized_selected(arr, 0, arr.length - 1, k)。在函数返回后，将前 k 个数放入答案数组返回即可。

class Solution {
    int partition(vector<int>& nums, int l, int r) {
        int pivot = nums[r];
        int i = l - 1;
        for (int j = l; j <= r - 1; ++j) {
            if (nums[j] <= pivot) {
                i = i + 1;
                swap(nums[i], nums[j]);
            }
        }
        swap(nums[i + 1], nums[r]);
        return i + 1;
    }
    // 基于随机的划分
    int randomized_partition(vector<int>& nums, int l, int r) {
        int i = rand() % (r - l + 1) + l;
        swap(nums[r], nums[i]);
        return partition(nums, l, r);
    }
    void randomized_selected(vector<int>& arr, int l, int r, int k) {
        if (l >= r) return;
        int pos = randomized_partition(arr, l, r);
        int num = pos - l + 1;
        if (k == num) return;
        else if (k < num) randomized_selected(arr, l, pos - 1, k);
        else randomized_selected(arr, pos + 1, r, k - num);   
    }
public:
    vector<int> getLeastNumbers(vector<int>& arr, int k) {
        srand((unsigned)time(NULL));
        randomized_selected(arr, 0, (int)arr.size() - 1, k);
        vector<int>vec;
        for (int i = 0; i < k; ++i) vec.push_back(arr[i]);
        return vec;
    }
};