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日做力扣题2--215. 数组中的第K个最大元素

这道题我在做北京的一家教育公司的笔试时出现过,且题目里直接要求使用快排做,所以我也使用快排做的。

题目: 

给定整数数组 nums 和整数 k,请返回数组中第 k 个最大的元素。

请注意,你需要找的是数组排序后的第 k 个最大的元素,而不是第 k 个不同的元素。

你必须设计并实现时间复杂度为 O(n) 的算法解决此问题。

示例 1:

输入: [3,2,1,5,6,4], k = 2
输出: 5

示例 2:

输入: [3,2,3,1,2,4,5,5,6], k = 4
输出: 4

思路: 

        快速选择算法的基本思想是通过选择一个“基准”(pivot)元素,将数组分成两部分:一部分包含所有小于基准的元素,另一部分包含所有大于基准的元素。然后,根据k的值,递归地在包含第k大元素的那一部分继续执行,直到找到第k大的元素。

设置两个函数:


quickselect():

函数逻辑

  1. 基准情况处理:如果左边界等于右边界,意味着当前考虑的数组段仅包含一个元素。尽管此时k的值并不重要(因为只有一个元素可选),但为了保持递归逻辑的一致性,我们仍返回nums[k]。在实际应用中,更清晰的写法是直接返回nums[l],但这里的写法在逻辑上仍然无误。

  2. 选择基准元素:我们选取左边界的元素nums[l]作为基准。同时,初始化两个指针ij,分别指向左边界的左侧(i = l - 1)和右边界的右侧(j = r + 1)。

  3. 分区过程:通过两个do-while循环,我们将数组划分为两部分。循环结束时,所有小于基准的元素都将位于基准的左侧,而所有大于基准的元素则位于其右侧。指针ij在循环中逐步逼近,直至相遇。若它们相遇前指向的元素满足交换条件(即i < j,且nums[i]不小于基准,nums[j]不大于基准),则交换这两个元素。

  4. 递归搜索:分区完成后,我们根据k的值决定递归搜索的方向。由于我们寻找的是第k大的元素,且数组是按从大到小的顺序“假设排序”的,因此:

    • k <= j,说明第k大的元素位于基准的左侧或就是基准本身,于是我们在左半部分继续搜索。
    • k > j,说明第k大的元素位于基准的右侧,于是我们在右半部分继续搜索

findKthLargest():

函数逻辑

  1. 计算数组大小:首先,我们计算数组nums的大小n

  2. 调用quickselect函数:由于quickselect函数期望的k参数是基于0的索引,而题目要求的k是基于1的排名,因此我们需要将k转换为对应的索引值。这通过n - k实现,因为排序后的数组中第k大的元素将位于索引n - k处(数组从0开始索引)。

  3. 返回结果quickselect函数返回第k大的元素的值,我们将其直接返回作为findKthLargest函数的结果。

代码:

class Solution {
public:// 快速选择算法,用于找到数组中第k大的元素int quickselect(vector<int>& nums, int l, int r, int k) {// 基本情况:如果左边界等于右边界,说明只剩一个元素,直接返回该元素if (l == r)return nums[k]; // 注意这里的k实际上是一个误导,因为当l==r时,k的值并不重要,返回nums[l]即可// 但由于我们的递归调用中k表示的是目标元素的索引(基于0),所以这里为了保持一致也写为nums[k],// 实际上在l==r的情况下,这个k值会被忽略,因为只会有一个元素被返回。// 更好的做法是返回一个明确的值或者修改函数签名以避免这种混淆。// 然而,在这个特定的实现中,由于我们总是确保k对应于目标元素的索引(在递归调用中),// 所以这里的写法在逻辑上仍然是正确的(尽管有些混淆)。// 选择基准元素(这里选择左边界的元素),并初始化两个指针int partition = nums[l], i = l - 1, j = r + 1;// 通过两个do-while循环,将数组中小于基准的元素移动到左边,大于基准的元素移动到右边while (i < j) {do i++; while (nums[i] < partition); // 找到第一个不小于基准的元素do j--; while (nums[j] > partition); // 找到第一个不大于基准的元素// 如果找到了这样的两个元素,则交换它们if (i < j)swap(nums[i], nums[j]);}// 此时,基准元素的位置j(或j+1,取决于你如何定义分区)可以用来判断第k大的元素在哪一部分// 由于我们是从大到小排序(找第k大),所以基准元素及其左边的元素都是不小于它的,// 而右边的元素都是小于它的。因此,如果k <= j,说明第k大的元素在基准的左边或就是基准本身;// 如果k > j,说明第k大的元素在基准的右边。// 递归地在包含第k大元素的那一部分继续寻找if (k <= j) // 注意这里的j是分区后基准元素所在的位置(也是最后一个不小于基准的元素的位置)return quickselect(nums, l, j, k); // 在左半部分继续寻找elsereturn quickselect(nums, j + 1, r, k); // 在右半部分继续寻找}// 找到数组中第k大的元素int findKthLargest(vector<int>& nums, int k) {int n = nums.size();// 由于题目要求的是第k大的元素,而我们的quickselect函数是基于0索引的,// 所以我们需要将k转换为对应的索引值,即n-k(因为数组是从0开始索引的)。return quickselect(nums, 0, n - 1, n - k);}
};

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