最近我参加了一个面试,面试官要求我“编写一个程序,从一个包含10亿个数字的数组中找出100个最大的数字”。

我只能给出一个蛮力解决方案,即以O(nlogn)时间复杂度对数组进行排序,并取最后100个数字。

Arrays.sort(array);

面试官正在寻找一个更好的时间复杂度,我尝试了几个其他的解决方案,但都没有回答他。有没有更好的时间复杂度解决方案?


当前回答

从十亿个数字中找到前100个最好使用包含100个元素的最小堆。

首先用遇到的前100个数字对最小堆进行质数。Min-heap将前100个数字中最小的存储在根(顶部)。

现在,当你继续计算其他数字时,只将它们与根数(100中最小的数)进行比较。

如果遇到的新数字大于最小堆的根,则将根替换为该数字,否则忽略它。

作为在最小堆中插入新数字的一部分,堆中最小的数字将移到顶部(根)。

一旦我们遍历了所有的数字,我们将得到最小堆中最大的100个数字。

其他回答

另一个O(n)算法-

该算法通过消元法找到最大的100个

考虑所有的百万数字的二进制表示。从最重要的位开始。确定MSB是否为1可以通过布尔运算与适当的数字相乘来完成。如果百万个数字中有超过100个1,就去掉其他带0的数字。现在剩下的数从下一个最有效的位开始。计算排除后剩余数字的数量,只要这个数字大于100,就继续进行。

主要的布尔运算可以在图形处理器上并行完成

Time ~ O(100 * N)
Space ~ O(100 + N)

创建一个包含100个空槽的空列表 对于输入列表中的每个数字: 如果数字小于第一个,跳过 否则用这个数字代替它 然后,将数字通过相邻的交换;直到它比下一个小 返回列表


注意:如果log(input-list.size) + c < 100,那么最佳的方法是对输入列表进行排序,然后拆分前100项。

一个非常简单的解决方案是遍历该数组100次。也就是O(n)

每次取出最大的数字(并将其值更改为最小值,以便在下一个迭代中看不到它,或者跟踪以前答案的索引(通过跟踪索引,原始数组可以有多个相同的数字))。经过100次迭代,就得到了最大的100个数字。

这是谷歌或其他行业巨头提出的问题。也许下面的代码就是面试官想要的正确答案。 时间成本和空间成本取决于输入数组中的最大数量。对于32位int数组输入,最大空间成本是4 * 125M字节,时间成本是5 *十亿。

public class TopNumber {
    public static void main(String[] args) {
        final int input[] = {2389,8922,3382,6982,5231,8934
                            ,4322,7922,6892,5224,4829,3829
                            ,6892,6872,4682,6723,8923,3492};
        //One int(4 bytes) hold 32 = 2^5 value,
        //About 4 * 125M Bytes
        //int sort[] = new int[1 << (32 - 5)];
        //Allocate small array for local test
        int sort[] = new int[1000];
        //Set all bit to 0
        for(int index = 0; index < sort.length; index++){
            sort[index] = 0;
        }
        for(int number : input){
            sort[number >>> 5] |= (1 << (number % 32));
        }
        int topNum = 0;
        outer:
        for(int index = sort.length - 1; index >= 0; index--){
            if(0 != sort[index]){
                for(int bit = 31; bit >= 0; bit--){
                    if(0 != (sort[index] & (1 << bit))){
                        System.out.println((index << 5) + bit);
                        topNum++;
                        if(topNum >= 3){
                            break outer;
                        }
                    }
                }
            }
        }
    }
}

你可以遍历这些数字,需要O(n)

只要发现一个大于当前最小值的值,就将新值添加到一个大小为100的循环队列中。

循环队列的最小值就是新的比较值。继续往队列中添加。如果已满,则从队列中提取最小值。