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Top-K问题

有1亿个浮点数,如果找出其中最大的10000个?

  • 局部淘汰法
    用一个容器保存前10000个数,然后将剩余的所有数字——与容器内的最小数字相比,如果所有后续的元素都比容器内的10000个数还小,那么容器内这个10000个数就是最大10000个数。
    如果某一后续元素比容器内最小数字大,则删掉容器内最小元素,并将该元素插入容器,最后遍历完这1亿个数,得到的结果容器中保存的数即为最终结果了。此时的时间复杂度为O(n+m^2),其中m为容器的大小,即10000。
  • 分治法
    将1亿个数据分成100份,每份100万个数据,找到每份数据中最大的10000个,最后在剩下的100 10000个数据里面找出最大的10000个。如果100万数据选择足够理想,那么可以过滤掉1亿数据里面99%的数据。
    100万个数据里面查找最大的10000个数据的方法如下:用快速排序的方法,将数据分为2堆,如果大的那堆个数N大于10000个,继续对大堆快速排序一次分成2堆,如果大堆个数N小于10000个,就在小的那堆里面快速排序一次,找第10000-n大的数字;递归以上过程,就可以找到第1w大的数。参考上面的找出第1w大数字,就可以类似的方法找到前10000大数字了。此种方法需要每次的内存空间为10^6
    4=4MB,一共需要101次这样的比较。
  • Hash法
    如果这1亿个数里面有很多重复的数,先通过Hash法,把这1亿个数字去重复,这样如果重复率很高的话,会减少很大的内存用量,从而缩小运算空间,然后通过分治法或最小堆法查找最大的10000个数。
  • 采用最小堆
    首先读入前10000个数来创建大小为10000的最小堆,建堆的时间复杂度为O(mlogm)(m为数组的大小即为10000),然后遍历后续的数字,并于堆顶(最小)数字进行比较。如果比最小的数小,则继续读取后续数字;如果比堆顶数字大,则替换堆顶元素并重新调整堆为最小堆。整个过程直至1亿个数全部遍历完为止。然后按照中序遍历的方式输出当前堆中的所有10000个数字。该算法的时间复杂度为O(nmlogm),空间复杂度是10000(常数)。

大文件找次数出现最多的100个词

  1. 先hash映射把大文件分成很多个小文件,具体操作如下:读文件中,对于每个词x,取hash(x)%5000,然后按照该值存到5000个小文件(记为f0,f1,…,f4999)中,这样每个文件大概是200k左右(每个相同的词一定被映射到了同一文件中)
  2. 对于每个文件fi,都用hash_map做词和出现频率的统计,取出频率大的前100个词(怎么取?topK问题,建立一个100个节点的最小堆),把这100个词和出现频率再单独存入一个文件
  3. 根据上述处理,我们又得到了5000个文件,归并文件取出top100(Top K 问题,比较最大的前100个频数)

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