五分钟玩转面试考点-数据结构-最大堆与最小堆(TOP N问题)

如题所述

第1个回答  2022-06-01

咳咳:俗话说: 脱离业务的技术,就是耍流氓 。那么我就要提出这篇文章的灵魂一问了,请听题:

这个时候,感觉就是M个数中选择N个数 ,就是TOP N问题呀,是不是脑海中不由自主的蹦出了排序算法啦~
哈哈,咱就按照这个思路走。然后, 表面不慌,假装思索中ing,其实内心再想:排序算法是啥呀?

冒泡排序 ,核心思想: 相邻比较。 每次将最大的浮出水面。

快速排序 ,核心思想: 分治法+挖坑填数。 每次选择一基数,排序完成左边比基数小,右边比基数大。一直切分( 分治 ),直至选出 无序 的最大的N个整数。

堆排序(出场自带猪脚光环~) ,可以创建一个N大小的 最小堆 。然后balabala。

我就拿(内心PS:读书人的事情,怎么能说偷呢?)一下图吧,放在这里这里让大家容易理解~~
给定一个列表array=[16,7,3,20,17,8],对其进行堆排序。
首先根据该数组元素构建一个完全二叉树,得到

然后需要构造初始堆,则从最后一个非叶节点开始调整,调整过程如下:

第一步:找到最后一个组(非叶节点), 左节点8 pk 擂主3 ,左孩子8胜利!然后3和8互相调换位置。 败者3 没有子节点,结束比赛。

从右到左。组内pk, 左子树20 pk 右子树17 左子树20胜利,获得挑战擂主7的机会。 左子树20 pk 擂主7 左子树20胜利,20和7交换位置。 败者7 没有子节点,结束比赛。

从下到上, 左子树20 PK 右子树8 ,左子树20胜利。获得挑战擂主16的机会。 左子树20 pk 擂主16 左子树胜利,交换位置。
此时 败者16 含有孩子节点,将被挑战。

组内挑战开始: 左子树7 和 右子树17 组内pk,右子树17胜利。获取挑战擂主16的机会。 右子树17 和 擂主16 pk,右子树17胜利,交换位置。 败者16 无孩子节点,结束比赛。

这样就得到了 初始堆

哈哈,相信到这里,基本懂得同学还是懂,不懂得还是一脸XX。这是哪?我在干什么?你是谁?

1. 找到最后一个非叶节点,从右到左,从下到上 ,遍历所有 非叶节点 ;

2.若是父节点 小于 最大的子节点 ,那么交换父子节点的位置,但是要注意,交换之后 对其他节点的影响。

我们的目标是:
( 没有蛀牙.... ) 根节点一定是树中最大的值。同时,父节点大于子节点

切回到我们的问题。此时,你应该基本知道了堆的概念,为什么不选最大堆呢?因为咱们选最小堆就是采用 末位淘汰制 。将堆中最小元素剔除。
每次最小堆调整后,总会将整个堆中 最小的元素放在根节点上 ,然后我们分别取出 [N-1,M] 中的元素,若大于堆顶,则替换。然后( 随着堆的蠕动,你可以动态想想这个画面~~ ) 再次 将最小元素选出放于堆顶。 直至堆里保存的都是最大的元素。

还是上面的数组,证据在上面,咱们就开始分析啦:

咱们从i=5,最后一个元素array[5]开始说起:
父节点 :(i-1)/2=2, 他的父节点就是i=2 ,array[2]也就是3。
子节点 : 2i+1=11,等等兄得,你越界了...你根本没有孩子节点...(名侦探小胖)
于是我就大胆推测一下, 最后一个非子节点就是array[2]。

反向推理一下 :i=2时,左孩子:2i+1=5,右孩子:2i+2=6,但是最大下标是5,那么 只有一个孩子节点array[5] 也就是8。

那倒数第二个下标非叶节点的下标是啥?
博主内心独白:emmm我也不知道....继续套公式,看看有啥规律不。

数组倒数第二个下标数是i=4,(i-1)/2=1,那么 下标array[1]就是第2个父节点。
数组倒数第三个下标数是i=3,(i-1)/2=1,也是下标array[1]。

那倒数第一个下标非叶节点的下标是啥?
数组倒数第四个下标数是i=2,(i-1)/2=1,那么 下标array[0]就是第3个父节点。
数组倒数第三个下标数是i=1,(i-1)/2=1,也是下标array[0]。

此时还有吗?
数组倒数第五个下标数是i=0,(i-1)/2=-1,也是下标array[-1]。

也就是根节点没有父节点了....

等等,我好像发现啥规律了...
父节点是array[2]=3 array[1]=7 array[0]=16。
array=[16,7,3,20,17,8]

现在要开始 XX联盟S17 的比赛,比赛组根据玩家投票新采用了一种新的比赛规则,规则如下:

横向:每个新晋擂主可以参与更高一级的比赛,直至选出冠军。登顶大根堆顶峰;

纵向:每个下台擂主要被更低一级的选手挑战,需要证明自己实力,也可能被一撸到底;

简言之:能者上,弱者下
每一小组选出最强者,参与擂主pk, 胜利者获取下一次挑战机会;失败者要被挑战,直至完成一场胜利,或者排名倒数

而后,开始了激烈的小组比赛,擂主 先把收拾自己的东西 ,因为他也不知道自己是一败涂地还是保持原位!心里有些忐忑~

215. 数组中的第K个最大元素

兜兜转转,从第一篇博客到2021.08.22已经过去了2年半多了。今天又回到这个题目。带来一种最小堆更加简洁的实现。即依赖JDK API来实现最小堆,只需要使得最小堆维护top n个元素即可。

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