# 40. 最小的 K 个数 ## 题目链接 [牛客网](https://www.nowcoder.com/practice/6a296eb82cf844ca8539b57c23e6e9bf?tpId=13&tqId=11182&tPage=1&rp=1&ru=/ta/coding-interviews&qru=/ta/coding-interviews/question-ranking&from=cyc_github) ## 解题思路 ### 大小为 K 的最小堆 - 复杂度：O(NlogK) + O(K) - 特别适合处理海量数据维护一个大小为 K 的最小堆过程如下：使用大顶堆。在添加一个元素之后，如果大顶堆的大小大于 K，那么将大顶堆的堆顶元素去除，也就是将当前堆中值最大的元素去除，从而使得留在堆中的元素都比被去除的元素来得小。应该使用大顶堆来维护最小堆，而不能直接创建一个小顶堆并设置一个大小，企图让小顶堆中的元素都是最小元素。 Java 的 PriorityQueue 实现了堆的能力，PriorityQueue 默认是小顶堆，可以在在初始化时使用 Lambda 表达式 (o1, o2) -> o2 - o1 来实现大顶堆。其它语言也有类似的堆数据结构。 ```java public ArrayList GetLeastNumbers_Solution(int[] nums, int k) { if (k > nums.length || k <= 0) return new ArrayList<>(); PriorityQueue maxHeap = new PriorityQueue<>((o1, o2) -> o2 - o1); for (int num : nums) { maxHeap.add(num); if (maxHeap.size() > k) maxHeap.poll(); } return new ArrayList<>(maxHeap); } ``` ### 快速选择 - 复杂度：O(N) + O(1) - 只有当允许修改数组元素时才可以使用快速排序的 partition() 方法，会返回一个整数 j 使得 a[l..j-1] 小于等于 a[j]，且 a[j+1..h] 大于等于 a[j]，此时 a[j] 就是数组的第 j 大元素。可以利用这个特性找出数组的第 K 个元素，这种找第 K 个元素的算法称为快速选择算法。 ```java public ArrayList GetLeastNumbers_Solution(int[] nums, int k) { ArrayList ret = new ArrayList<>(); if (k > nums.length || k <= 0) return ret; findKthSmallest(nums, k - 1); /* findKthSmallest 会改变数组，使得前 k 个数都是最小的 k 个数 */ for (int i = 0; i < k; i++) ret.add(nums[i]); return ret; } public void findKthSmallest(int[] nums, int k) { int l = 0, h = nums.length - 1; while (l < h) { int j = partition(nums, l, h); if (j == k) break; if (j > k) h = j - 1; else l = j + 1; } } private int partition(int[] nums, int l, int h) { int p = nums[l]; /* 切分元素 */ int i = l, j = h + 1; while (true) { while (i != h && nums[++i] < p) ; while (j != l && nums[--j] > p) ; if (i >= j) break; swap(nums, i, j); } swap(nums, l, j); return j; } private void swap(int[] nums, int i, int j) { int t = nums[i]; nums[i] = nums[j]; nums[j] = t; } ```