每日算法:前 K 个高频元素

 

给定一个非空的每日整数数组,返回其中出现频率前 k 高的算法素元素。

示例 1:

输入: nums = [1,个高1,1,2,2,3], k = 2 输出: [1,2] 

示例 2:

输入: nums = [1], k = 1 输出: [1] 

提示:

你可以假设给定的 k 总是合理的,且 1 ≤ k ≤ 数组中不相同的频元元素的个数。 你的每日算法的时间复杂度必须优于 O(nlogn) , n 是数组的大小。 题目数据保证答案唯一,算法素换句话说,个高数组中前 k 个高频元素的频元集合是唯一的。 你可以按任意顺序返回答案。每日

解法一:map+数组

利用 map 记录每个元素出现的算法素频率,利用数组来比较排序元素

代码实现:

let topKFrequent = function(nums,个高 k) {      let map = new Map(), arr = [...new Set(nums)]     nums.map((num) => {          if(map.has(num)) map.set(num, map.get(num)+1)         else map.set(num, 1)     })     return arr.sort((a, b) => map.get(b) - map.get(a)).slice(0, k); }; 

复杂度分析:

时间复杂度:O(nlogn) 空间复杂度:O(n)

题目要求算法的时间复杂度必须优于 O(n log n) ,所以这种实现不合题目要求

解法二:map + 小顶堆

遍历一遍数组统计每个元素的频元频率,并将元素值( key )与出现的每日频率( value )保存到 map 中

通过 map 数据构建一个前 k 个高频元素小顶堆,小顶堆上的算法素任意节点值都必须小于等于其左右子节点值,即堆顶是云南idc服务商个高最小值。

具体步骤如下:

遍历数据,统计每个元素的频率,并将元素值( key )与出现的频率( value )保存到 map 中 遍历 map ,将前 k 个数,构造一个小顶堆 从 k 位开始,继续遍历 map ,每一个数据出现频率都和小顶堆的堆顶元素出现频率进行比较,如果小于堆顶元素,则不做任何处理,继续遍历下一元素;如果大于堆顶元素,则将这个元素替换掉堆顶元素,然后再堆化成一个小顶堆。 遍历完成后,堆中的数据就是前 k 大的数据

代码实现:

let topKFrequent = function(nums, k) {      let map = new Map(), heap = [,]     nums.map((num) => {          if(map.has(num)) map.set(num, map.get(num)+1)         else map.set(num, 1)     })     // 如果元素数量小于等于 k     if(map.size <= k) {          return [...map.keys()]     }     // 如果元素数量大于 k,遍历map,构建小顶堆     let i = 0     map.forEach((value, key) => {          if(i < k) {              // 取前k个建堆, 插入堆             heap.push(key)             // 原地建立前 k 堆             if(i === k-1) buildHeap(heap, map, k)         } else if(map.get(heap[1]) < value) {              // 替换并堆化             heap[1] = key             // 自上而下式堆化第一个元素             heapify(heap, map, k, 1)         }         i++     })     // 删除heap中第一个元素     heap.shift()     return heap }; // 原地建堆,从后往前,自上而下式建小顶堆 let buildHeap = (heap, map, k) => {      if(k === 1) return     // 从最后一个非叶子节点开始,自上而下式堆化     for(let i = Math.floor(k/2); i>=1 ; i--) {          heapify(heap, map, k, i)     } } // 堆化 let heapify = (heap, map, k, i) => {      // 自上而下式堆化     while(true) {          let minIndex = i         if(2*i <= k && map.get(heap[2*i]) < map.get(heap[i])) {              minIndex = 2*i         }         if(2*i+1 <= k && map.get(heap[2*i+1]) < map.get(heap[minIndex])) {              minIndex = 2*i+1         }         if(minIndex !== i) {              swap(heap, i, minIndex)             i = minIndex         } else {              break         }     } } // 交换 let swap = (arr, i , j) => {      let temp = arr[i]     arr[i] = arr[j]     arr[j] = temp } 

复杂度分析:

时间复杂度:遍历数组需要 O(n) 的时间复杂度,一次堆化需要 O(logk) 时间复杂度,所以利用堆求 Top k 问题的时间复杂度为 O(nlogk) 空间复杂度:O(n)

解法三:桶排序

这里取前k个高频元素,使用计数排序不再适合,在上题目中使用计数排序,将 i 元素出现的网站模板次数存储在 bucket[i] ,但这种存储不能保证 bucket 数组上值是有序的,例如 bucket=[0,3,1,2] ,即元素 0 未出现,元素 1 出现 3 次,元素 2 出现 1 次,元素 3 出现 2 次,所以计数排序不适用于取前k个高频元素,不过,不用怕,计数排序不行,还有桶排序。

桶排序是计数排序的升级版。它也是利用函数的映射关系。

桶排序 (Bucket sort)的工作的原理:假设输入数据服从均匀分布,将数据分到有限数量的桶里,每个桶再分别排序(有可能再使用别的排序算法或是以递归方式继续使用桶排序进行排)。

首先使用 map 来存储频率 然后创建一个数组(有数量的桶),将频率作为数组下标,对于出现频率不同的数字集合,高防服务器存入对应的数组下标(桶内)即可。

代码实现:

let topKFrequent = function(nums, k) {      let map = new Map(), arr = [...new Set(nums)]     nums.map((num) => {          if(map.has(num)) map.set(num, map.get(num)+1)         else map.set(num, 1)     })     // 如果元素数量小于等于 k     if(map.size <= k) {          return [...map.keys()]     }     return bucketSort(map, k) }; // 桶排序 let bucketSort = (map, k) => {      let arr = [], res = []     map.forEach((value, key) => {          // 利用映射关系(出现频率作为下标)将数据分配到各个桶中         if(!arr[value]) {              arr[value] = [key]         } else {              arr[value].push(key)         }     })     // 倒序遍历获取出现频率最大的前k个数     for(let i = arr.length - 1;i >= 0 && res.length < k;i--){          if(arr[i]) {              res.push(...arr[i])         }  }  return res } 

复杂度分析:

时间复杂度:O(n) 空间复杂度:O(n)

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