相关问题:
给出一个O(n)时间的算法,在给定一个有n个不同数字的集合S以及一个正整数k≤n后,它能确定出S中最接近其中位数的k个数.
思考过程:
如果给出在线性时间内的算法,那么可能要用到最坏为线性时间的查找第i小元素的子程序SELECT。我们先找到这n个数的中位数,然后以此中位数为中心,左边距离中位数k/2个远的位置是这k个数的左端点,右边距离中位数k/2个远的位置是这k个数的右端点。用SELECT函数找到这三个数(中位数,左边距离中位数k/2的数,右边距离中位数k/2的数)就可以确定最接近其中位数的k个数.。
PS:在网上这个问题没有用到这种方法。所以这种方法的正确性有待各位大牛来验证。如果有错误,请各位大牛留言指正哦。谢谢啦!
具体步骤:
step 1:用SELECT函数找到中位数,找到的同时也对数组进行了划分(step123都是根据《算法导论》9.3-4题目的结论,有兴趣可以看这篇博文),小于中位数的在左边,大于的在右边。
step 2:用SELECT函数找到左边距离中位数k/2的数,(注意不要对整个数组进行SELECT函数查找,要对中位数左半区域进行SELECT函数查找。)
step 3:按照step2方法对中位数的右半区进行查找。
以上三步都是通过SELECT函数来对数组划分使其最接近中位数的k个数聚集在中位数附近。并且每次调用SELECT函数只需要线性时间O(n),所以总的过程也只需要线性时间。
//显示中位数附近k个数。 #include <iostream> #include <time.h> using namespace std; const n=24; //创建一个装有数组A以每5个元素为1组共n/5组,每组的中位数放入到数组B中,组成一组含有n/5个中位数的数组B int Find(int A[n],int p,int r);//递归当前数组A中从p到r个元素,以找到辅助中位数数组B的中位数。 int PARTITION(int A[],int p,int r,int t)//t代表中位数数组B中的中位数,这里t代表为主元。 { int i=p-1,k=0; for (int j=p;j<=r;j++) { if (A[j]<t)//将比主元t大的元素交换到数组A的右边去,比主元t小的到数组A的左边。 { i++; swap(A[i],A[j]); } if (A[j]==t)//如果A[j]等于主元 { k=j;//那么记录下主元在A中的位置。 } } swap(A[i+1],A[k]);//完成划分操作,主元左边的元素都小于主元,主元右边的元素都大于主元。 return i+1; } int SELECT(int A[],int p,int r,int i)//i表示第i小的数。 { if (p>=r) { return A[p]; } int t=Find(A,p,r);//返回的t代表辅助数组B的中位数。 int q=PARTITION(A,p,r,t); int k=q-p+1; if (i==k) { return A[q]; } else if(i<k) { return SELECT(A,p,q-1,i); } else return SELECT(A,q+1,r,i-k); } int Find(int A[n],int p,int r) { int key=0,t=0,m=r-p+1,h=0; if (m%5==0)//如果当前数组A的大小能被5整除,那么这以5个元素为一组的m/5组数,没有余数那一组 { h=m/5; } else//否则,应该加上含有余数的那一组。 { h=m/5+1; } int *B=new int[h]; for(int j=0;j<h;j++) { B[j]=0; } for (int k=0;k<h;k++)//5个数一组,共h组。进行插入排序。 {//经过最多h=n/5+1次循环,那么总共循环了25h=25(n/5+1)=5n+25=O(n)次 for (int j=t+1+p;j<=5+t+p&&j!=r+2;j++)//h组中每组进行插入排序。注意加上数组初始坐标p(当前数组A的初值坐标)+t(在p基础上每5个为1组) {//运行时间分析:5个一组运行插入排序,每次插入排序需要的时间是O(n^2)=5^2=25是基于固定划分的固定常数 key=A[j-1]; int i=j-1; while (i>t+p&&A[i-1]<key) { A[i]=A[i-1]; i=i-1; } A[i]=key; } t+=5;//进入下一个5个元素为一组的插入排序 } k=0; for (int i=0;i<h&&k<h;i++)//经过最多h=n/5+1次循环(O(n)),将当前数组A中的每组的中位数依次放入到B中 { if (i<h-1) { B[k]=A[2+5*i+p]; k++; continue; } if(m%5!=0) { B[k]=A[5*i+p+(m%5)/2]; } else { B[k]=A[2+5*i+p]; k++; } } if (h==1) { return B[0];//当辅助数组B只剩下一个数时,那么这个数就是中位数的中位数。 } else { return SELECT(B,0,h-1,(h-1)/2+1);//如果数组B元素个数是偶数,那么取数组B中的较小值。 } } void Close_median_number_of_k(int A[],int p,int r,int k)//接近中位数的k个数 { int i=(p+r+2)/2; SELECT(A,p,r,i);//找到当前数组从p到r的中位数。 SELECT(A,p,i-1,i-k/2);//找到当前数组从p到i-1的第i-k/2个数。 SELECT(A,i,r,k/2);//找到当前数组从i到r的第k/2个数。 } void Print(int A[],int start,int end) { for (int i=start;i<end;i++) { cout<<A[i]<<" "; } cout<<endl; } void main() { int A[n]={0}; //随机输入数组 srand( (unsigned)time( NULL ) ); cout<<"随机数组初始化。。。"<<endl; for (int i=0;i<n;i++) { A[i]=rand()%100; cout<<A[i]<<"\t"; } cout<<endl; int k; cout<<"请输入需要查找的中位数附近多少个数?"<<endl; cin>>k; Close_median_number_of_k(A,0,n-1,k); int h=(n-1)/2-k/2;//h代表中位数附近的k个数的第一个值的下标。 if (k%2==0) { h=h+1;//如果k为偶数,那么对初值做微调使其更接近中位数附近的k个数 } cout<<"数组中位数附近的"<<k<<"个数"<<endl; Print(A,h,h+k);//打印这k个数。 }