Java范例从20亿个随机整数中找出最小的1000个整数只需要1.2秒的时间

最新推荐文章于 2024-03-09 11:39:09 发布

zhengzizhi

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分类专栏： Java 范例文章标签：大顶堆大数据查找算法

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本文介绍了一种使用大顶堆算法高效查找数组中最小的TopK个元素的方法。通过构建并调整大顶堆，算法能快速筛选出目标元素，适用于大规模数据集的处理。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

查找算法：大顶堆

package com.contoso;

import java.util.Arrays;
import java.util.Random;

public class RankingMinimum {

    /**
     * 创建堆
     */
    public static void buildMaxHeap(int[] result) {
        if (result == null || result.length <= 1) {
            return;
        }
        //从最后的一个非叶子节点向上开始排,避免迭代没有意义的叶子节点
        int half = (result.length - 1) / 2;
        for (int i = half; i >= 0; i--) {
            maxHeap(result, result.length, i);
        }
    }

    /**
     * 调整堆(沉降法)
     */
    public static void maxHeap(int[] result, int heapSize, int index) {
        int left = index * 2 + 1;
        int right = index * 2 + 2;
        int max = index;
        //判断有没有左节点,如若有则比较替换max
        if (left < heapSize && result[left] > result[max]) {
            max = left;
        }
        //判断有没有右节点,如若有则max和右节点比较,注意max有可能是left也有可能是index
        if (right < heapSize && result[right] > result[max]) {
            max = right;
        }

        if (index != max) {
            int temp = result[index];
            result[index] = result[max];
            result[max] = temp;
            //被替换的max节点所在的堆,需要重新调整,使小值/大值一直下沉
            maxHeap(result, heapSize, max);
        }

    }

    /**
     * 最大堆法 利用树形的特点保存前面比较的结果,可以减少比较次数
     */
    public static void findTopMininum(int[] data, int top) {
        int[] result = new int[top];
        // 最先遍历的top个数放入数组中
        for (int i = 0; i < top; i++) {
            result[i] = data[i];
        }
        // 构建前top个数的最大堆
        buildMaxHeap(result);
        // i - top个数和前面和top中最大数比较
        for (int i = top; i < data.length; i++) {
            // 如果堆顶大于i - top中数,则交换位置
            if (result[0] > data[i]) {
                result[0] = data[i];
                //调整堆,堆顶被替换了,加入被替换的值非常小,会一直下沉到叶子节点.
                maxHeap(result, result.length, 0);
            }

        }
        // 从小到大地打印输出结果
        sortPrint(result, top);
    }

    /**
     * 从小到大地打印输出结果
     */
    public static void sortPrint(int[] result, int top) {
        Arrays.sort(result);
        // 输出最小的TOP个数
        for (int i = 0; i < top; i++) {
            System.out.println(result[i]);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {

        int TOP = 1000; // 查找出TOP个最小的数
        int ROWS = 2000000000; // 定义随机生成20亿个整数
        int[] initData = new int[ROWS];
        // 生成随机数
        for (int i = 0; i < ROWS; i++) {
            initData[i] = new Random().nextInt(Integer.MAX_VALUE);
        }
        long startTime = System.nanoTime();
        findTopMininum(initData, TOP);
        long endTime = System.nanoTime();
        double timeTaken = (endTime - startTime) / 1e9;
        System.out.println("Time Taken in seconds：" + timeTaken);
    }

}

run:
0
1
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18
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30
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63
63
63
63
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74
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103
103
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800
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