diff --git a/chapter_data_structure/number_encoding.md b/chapter_data_structure/number_encoding.md index cc2ea2396..b9a2ef704 100644 --- a/chapter_data_structure/number_encoding.md +++ b/chapter_data_structure/number_encoding.md @@ -131,7 +131,7 @@ $$ \text { val } = (-1)^0 \times 2^{124 - 127} \times (1 + 0.375) = 0.171875 $$ -现在我们可以回答最初的问题:**`float` 的表示方式包含指数位,导致其取值范围远大于 `int`** `。根据以上计算,float` 可表示的最大正数为 $2^{254 - 127} \times (2 - 2^{-23}) \approx 3.4 \times 10^{38}$ ,切换符号位便可得到最小负数。 +现在我们可以回答最初的问题:**`float` 的表示方式包含指数位,导致其取值范围远大于 `int`** 。根据以上计算,`float` 可表示的最大正数为 $2^{254 - 127} \times (2 - 2^{-23}) \approx 3.4 \times 10^{38}$ ,切换符号位便可得到最小负数。 **尽管浮点数 `float` 扩展了取值范围,但其副作用是牺牲了精度**。整数类型 `int` 将全部 32 位用于表示数字,数字是均匀分布的;而由于指数位的存在,浮点数 `float` 的数值越大,相邻两个数字之间的差值就会趋向越大。 diff --git a/chapter_heap/build_heap.md b/chapter_heap/build_heap.md index 88c486c6c..46a7658a7 100644 --- a/chapter_heap/build_heap.md +++ b/chapter_heap/build_heap.md @@ -2,7 +2,7 @@ comments: true --- -# 8.2. 建堆操作 * +# 8.2. 建堆操作 如果我们想要根据输入列表生成一个堆,这个过程被称为「建堆」。 @@ -48,7 +48,7 @@ comments: true ```python title="my_heap.py" def __init__(self, nums: list[int]): - """构造方法""" + """构造方法,根据输入列表建堆""" # 将列表元素原封不动添加进堆 self.max_heap = nums # 堆化除叶节点以外的其他所有节点 diff --git a/chapter_heap/summary.md b/chapter_heap/summary.md index 839d19832..2d9f43592 100644 --- a/chapter_heap/summary.md +++ b/chapter_heap/summary.md @@ -2,7 +2,7 @@ comments: true --- -# 8.3. 小结 +# 8.4. 小结 - 堆是一棵完全二叉树,根据成立条件可分为大顶堆和小顶堆。大(小)顶堆的堆顶元素是最大(小)的。 - 优先队列的定义是具有出队优先级的队列,通常使用堆来实现。 diff --git a/chapter_heap/top_k.md b/chapter_heap/top_k.md new file mode 100644 index 000000000..be6f0c3d0 --- /dev/null +++ b/chapter_heap/top_k.md @@ -0,0 +1,185 @@ +--- +comments: true +--- + +# 8.3. Top-K 问题 + +!!! question + + 给定一个长度为 $n$ 无序数组 `nums` ,请返回数组中前 $k$ 大的元素。 + +对于该问题,我们先介绍两种思路比较直接的解法,再介绍效率更高的堆解法。 + +## 8.3.1. 方法一:遍历选择 + +我们可以进行 $k$ 轮遍历,分别在每轮中提取第 $1$ , $2$ , $\cdots$ , $k$ 大的元素,时间复杂度为 $O(nk)$ 。 + +该方法只适用于 $k \ll n$ 的情况,因为当 $k$ 与 $n$ 比较接近时,其时间复杂度趋向于 $O(n^2)$ ,非常耗时。 + + + +
Fig. 遍历寻找最大的 $k$ 个元素
+ +!!! tip + + 当 $k = n$ 时,我们可以得到从大到小的序列,等价于「选择排序」算法。 + +## 8.3.2. 方法二:排序 + +我们可以对数组 `nums` 进行排序,并返回最右边的 $k$ 个元素,时间复杂度为 $O(n \log n)$ 。 + +显然,该方法“超额”完成任务了,因为我们只需要找出最大的 $k$ 个元素即可,而不需要排序其他元素。 + + + +Fig. 排序寻找最大的 $k$ 个元素
+ +## 8.3.3. 方法三:堆 + +我们可以基于堆更加高效地解决 Top-K 问题,流程如下: + +1. 初始化一个小顶堆,其堆顶元素最小; +2. 先将数组的前 $k$ 个元素依次入堆; +3. 从第 $k + 1$ 个元素开始,若当前元素大于堆顶元素,则将堆顶元素出堆,并将当前元素入堆; +4. 遍历完成后,堆中保存的就是最大的 $k$ 个元素; + +=== "<1>" +  + +=== "<2>" +  + +=== "<3>" +  + +=== "<4>" +  + +=== "<5>" +  + +=== "<6>" +  + +=== "<7>" +  + +=== "<8>" +  + +=== "<9>" +  + +总共执行了 $n$ 轮入堆和出堆,堆的最大长度为 $k$ ,因此时间复杂度为 $O(n \log k)$ 。该方法的效率很高,当 $k$ 较小时,时间复杂度趋向 $O(n)$ ;当 $k$ 较大时,时间复杂度不会超过 $O(n \log n)$ 。 + +另外,该方法适用于动态数据流的使用场景。在不断加入数据时,我们可以持续维护堆内的元素,从而实现最大 $k$ 个元素的动态更新。 + +=== "Java" + + ```java title="top_k.java" + /* 基于堆查找数组中最大的 k 个元素 */ + Queue