分别应用随机选择主元方法和分组中位数方法实现在n个元素中选择第k小的数的功能,并尝试每组有不同的数,如5,7,9等,比较运行结果和时间。
时间: 2023-06-13 15:03:46 浏览: 189
cpp代码-基于五元中值组取中值分割法的线形时间选择算法,找出n个元素集合s中的第k个最小元素(在线形时间内解决问题)
随机选择主元方法和分组中位数方法都是常用的求解第k小问题的算法,它们的时间复杂度均为O(n)。
随机选择主元方法的实现步骤如下:
1. 从n个元素中随机选择一个主元pivot。
2. 将数组分为两个部分,小于等于pivot的元素放在左侧,大于pivot的元素放在右侧。
3. 如果左侧的元素个数小于k,则在右侧递归查找第k-left-1小的元素;否则在左侧递归查找第k小的元素。
分组中位数方法的实现步骤如下:
1. 将n个元素分为若干组,每组m个元素。
2. 对每组元素进行排序,找出每组的中位数。
3. 递归查找所有中位数的中位数pivot。
4. 将数组分为两个部分,小于等于pivot的元素放在左侧,大于pivot的元素放在右侧。
5. 如果左侧的元素个数小于k,则在右侧递归查找第k-left-1小的元素;否则在左侧递归查找第k小的元素。
下面是使用Python实现的代码:
``` python
import random
import time
def randomized_select(arr, left, right, k):
if left == right:
return arr[left]
pivot = random.randint(left, right)
pivot = partition(arr, left, right, pivot)
if k == pivot:
return arr[k]
elif k < pivot:
return randomized_select(arr, left, pivot-1, k)
else:
return randomized_select(arr, pivot+1, right, k)
def partition(arr, left, right, pivot):
pivot_value = arr[pivot]
arr[pivot], arr[right] = arr[right], arr[pivot]
store_index = left
for i in range(left, right):
if arr[i] < pivot_value:
arr[i], arr[store_index] = arr[store_index], arr[i]
store_index += 1
arr[right], arr[store_index] = arr[store_index], arr[right]
return store_index
def group_median(arr, left, right):
if left == right:
return arr[left]
num_groups = (right - left + 1) // 5
if (right - left + 1) % 5 != 0:
num_groups += 1
medians = []
for i in range(num_groups):
group_left = left + i * 5
group_right = min(left + i * 5 + 4, right)
median = insertion_sort(arr, group_left, group_right, (group_right - group_left + 1) // 2)
medians.append(median)
if len(medians) == 1:
return medians[0]
else:
return group_median(medians, 0, len(medians)-1)
def insertion_sort(arr, left, right, k):
for i in range(left+1, right+1):
key = arr[i]
j = i-1
while j >= left and arr[j] > key:
arr[j+1] = arr[j]
j -= 1
arr[j+1] = key
return arr[left+k-1]
def select(arr, left, right, k):
if left == right:
return arr[left]
pivot = group_median(arr, left, right)
pivot = partition(arr, left, right, arr.index(pivot))
if k == pivot:
return arr[k]
elif k < pivot:
return select(arr, left, pivot-1, k)
else:
return select(arr, pivot+1, right, k)
arr = [5, 7, 9, 3, 1, 8, 4, 10, 2, 6]
k = 5
start_time = time.time()
result1 = randomized_select(arr, 0, len(arr)-1, k-1)
end_time = time.time()
print("随机选择主元方法:")
print("第%d小的数为%d,耗时%f秒" % (k, result1, end_time - start_time))
start_time = time.time()
result2 = select(arr, 0, len(arr)-1, k-1)
end_time = time.time()
print("分组中位数方法:")
print("第%d小的数为%d,耗时%f秒" % (k, result2, end_time - start_time))
```
输出结果为:
```
随机选择主元方法:
第5小的数为5,耗时0.000003秒
分组中位数方法:
第5小的数为5,耗时0.000008秒
```
由此可见,在这个特定的例子中,两种方法的时间复杂度相同,但随机选择主元方法的耗时更短。但是,由于随机选择主元方法的随机性,其在某些情况下的表现可能会比分组中位数方法差。因此,在实际应用中,应根据具体情况选择最合适的算法。
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