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

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。

其他回答

这个问题只需一行c++代码就可以用N log(100)的复杂度(而不是N log N)来回答。

 std::vector<int> myvector = ...; // Define your 1 billion numbers. 
                                 // Assumed integer just for concreteness 
 std::partial_sort (myvector.begin(), myvector.begin()+100, myvector.end());

最终答案将是一个向量,其中前100个元素保证是数组中最大的100个数字,而其余元素是无序的

c++ STL(标准库)对于这类问题非常方便。

注意:我并不是说这是最佳的解决方案,但它可以挽救你的面试。

您可以使用快速选择算法在(按顺序)索引[十亿-101]处查找数字 然后遍历这些数字找出比这个数字更大的数。

array={...the billion numbers...} 
result[100];

pivot=QuickSelect(array,billion-101);//O(N)

for(i=0;i<billion;i++)//O(N)
   if(array[i]>=pivot)
      result.add(array[i]);

该算法时间为:2 X O(N) = O(N)(平均情况性能)

Thomas Jungblut建议的第二个选择是:

使用堆构建最大堆将花费O(N),然后前100个最大的数字将在堆的顶部,所有你需要的是把它们从堆(100 X O(Log(N))。

该算法时间为:O(N) + 100 X O(Log(N)) = O(N)

首先取1000个元素并将它们添加到一个max堆中。现在取出前最多100个元素并将其存储在某个地方。现在从文件中选择接下来的900个元素,并将它们与最后100个最高的元素一起添加到堆中。

一直重复这个过程,从堆中取出100个元素,从文件中添加900个元素。

从100个元素中最后选出的100个元素将从10亿个数字中选出最大的100个元素。

你可以在O(n)个时间内完成。只需遍历列表,并跟踪在任何给定点上看到的最大的100个数字,以及该组中的最小值。当你发现一个新的数字大于你的10个数字中的最小值,然后替换它并更新你的新的100的最小值(可能每次你都要花100的常数时间来确定,但这并不影响整体分析)。

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