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题意

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

提示:

  • 1 <= k <= nums.length <= 105

  • -104 <= nums[i] <= 104

思路及解答

堆排序

这道题就是经典的 topK 问题, 实现一个小根堆,规定堆的元素大小是 k 个,将比堆顶大的元素进堆。最后遍历完数组之后,此时堆顶是 k 个元素中最小的,有就是所有元素中第 k 大的了。

可以用PriorityQueue的最小堆来实现:

升序排序后索引为 len - k 的元素

其实题目已经告诉我们了:

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。

因此,升序排序以后,返回索引为 len - k 这个元素即可。

代码如下:

  • 时间复杂度:O(NlogN)。这里 N 是数组的长度,算法的性能消耗主要在排序,JDK 默认使用快速排序,因此时间复杂度为O(NlogN)。

  • 空间复杂度:O(1)。这里是原地排序,没有借助额外的辅助空间。

但是,如果出了这道题,显然不是想让你调 API,而是看你对快排的理解

借助快排 partition 操作定位(推荐)

“快速排序” 中的 partition(切分)操作简单介绍如下:

  • 对于某个索引i,nums[i] 已经排序完,即 nums[i] 经过 partition(切分)操作以后会放置在它 “最终应该放置的地方”;

  • nums[left] 到 nums[i - 1] 中的所有元素都不大于 nums[i];

  • nums[i + 1] 到 nums[right] 中的所有元素都不小于 nums[i]。

很显然,nums[i] 最终所在的位置,也就是它排序后的具体位置。也就是说,如果实现的排序是降序排序,那么第k个位置的数据,也确定就是第k大的

而这样每经过一次 partition操作就能缩小搜索的范围,这样的思想叫做 “减而治之”(是 “分而治之” 思想的特例)。下面是参考代码:

  • 时间复杂度:O(N)。这里 N 是数组的长度。

  • 空间复杂度:O(1)。切分过程可以不借助额外的数组空间,仅通过交换数组元素实现,没有借助额外的辅助空间。