剑指 Offer 40. 最小的k个数——快排、堆

剑指 Offer 40. 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。

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]

题解

方法一：排序

public int[] getLeastNumbers(int[] arr, int k) {
        Arrays.sort(arr);
        int[] ar = new int[k];
        for (int i = 0; i < k; i++) {
            ar[i] = arr[i];
        }
        return ar;
    }

方法二：快排（参考）

快速排序算法有两个核心点，分别为 “哨兵划分” 和 “递归” 。

哨兵划分操作： 以数组某个元素（一般选取首元素）为 基准数 ，将所有小于基准数的元素移动至其左边，大于基准数的元素移动至其右边。

递归： 对 左子数组 和 右子数组 递归执行 哨兵划分，直至子数组长度为 1 时终止递归，即可完成对整个数组的排序。

class Solution {
    public int[] getLeastNumbers(int[] arr, int k) {
        quickSort(arr, 0, arr.length - 1);
        return Arrays.copyOf(arr, k);
    }
    private void quickSort(int[] arr, int l, int r) {
        // 子数组长度为 1 时终止递归
        if (l >= r) return;
        // 哨兵划分操作（以 arr[l] 作为基准数）
        int i = l, j = r;
        while (i < j) {
            while (i < j && arr[j] >= arr[l]) j--;
            while (i < j && arr[i] <= arr[l]) i++;
            swap(arr, i, j);
        }
        swap(arr, i, l);
        // 递归左（右）子数组执行哨兵划分
        quickSort(arr, l, i - 1);
        quickSort(arr, i + 1, r);
    }
    private void swap(int[] arr, int i, int j) {
        int tmp = arr[i];
        arr[i] = arr[j];
        arr[j] = tmp;
    }
}

方法三： 基于快速排序的数组划分

class Solution {
    public int[] getLeastNumbers(int[] arr, int k) {
        if (k >= arr.length) return arr;
        return quickSort(arr, k, 0, arr.length - 1);
    }
    private int[] quickSort(int[] arr, int k, int l, int r) {
        int i = l, j = r;
        while (i < j) {
            while (i < j && arr[j] >= arr[l]) j--;
            while (i < j && arr[i] <= arr[l]) i++;
            swap(arr, i, j);
        }
        swap(arr, i, l);
        if (i > k) return quickSort(arr, k, l, i - 1);
        if (i < k) return quickSort(arr, k, i + 1, r);
        return Arrays.copyOf(arr, k);
    }
    private void swap(int[] arr, int i, int j) {
        int tmp = arr[i];
        arr[i] = arr[j];
        arr[j] = tmp;
    }
}