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详解K路归并排序(实战)

java 搞代码 4年前 (2022-01-09) 32次浏览 已收录 0个评论

引入:

其实K路归并排序的用处还是很广的,最简单的,假设你要排序海量的数据,比如TB级别的数据(我们姑且说是TB级别的搜索关键字),但是我们的内存只有GB级别,我们没办法一次把所有的数据全部载入然后排序,但是我们的确最终要结果,那么怎么办呢?K路归并排序闪亮登场 ,其实这就是一个“分而治之”的思想,既然我们要排Q个数,但是我们不能一次头全部排序完毕,这时候,我们把Q分为k组,每组n 个数,(k<n)并且假定这里的n个数据的排序在我们内存的容忍范围内,首先我们分别对于每组进行排序,这样得到了k个已经有序的数组(假设升序),那么我们最终只要吧这个k组数归并,这样得到的最后结果集就是已经排序了的结果集。

分析:

(1)如何合并k个已经排序了的数组呢?

因为我们以前讨论过堆,显然堆的排序效率是非常高的

本文来源gaodai.ma#com搞##代!^码网(

,所以我们自然也考虑到用堆来实现,因为要升序排列,所以我们创建一个最小堆。因为最终排序结果的数总是小的在前面大的在后面,所以我们考虑先把所有的n个数组的第一个元素(最小数)都放入最小堆中,所以最小堆的大小为k。这样我们调整堆结构,那么它的第一个元素就是min( min(array1),min(array2)….min(arrayn))显然就是所有数中的最小元素。

(2)因为在任意数组中都是按照升序排列的,所以我们一旦从堆中删除了一个最小元素,就必须找一个元素来填这个坑。为此,我们需要找到删除元素所在的数组中的下一个元素然后将其填入堆。(这个有点像是吧全国的最精英的士兵都拉去精英团打仗,那么就是每个团的最强的都拉来,如果这个人不幸战死,那么从同团中找出仅次于它的继续顶这个精英团,这样永远保持精英团的战斗力最高) 所以,如何去根据被删除的堆元素找这个被删除的堆元素所在的数组呢?这就需要在我们新建一个复合类型,它既包括当前的值,也包含这个当前值所在的数组的id,

(3)因为每个排序了的数组,随着最小的元素的不断流失,它还没有参与排序的值是渐渐变少的,所以我们必须维护一个长度为k的数组,这个数组保留了每个数组中还没参与排序的当前位置。并且一旦这个数组中剩余的最小元素被添加到了堆,那么这个当前位置必须后移。

(4)随着每个数组的当前位置后移,总归最后会达到这个数组的末端,这时候,这个数组就不能再提供任何数了,(这个很正常,比如部队中有一个尖刀连,它包含了最杰出的人,那么最后选到精英团时,总从这个连队选,然后这个连队一定最后没人了) ,所以我们就无法从当前删除的数所在数组中找到下一个值了,这时候我们就必须选择下一个有值的数组id,并且挑选出其最小值,方法是arrayIdForDeletedData = (arrayIdForDeletedData + 1) % k 。

(5)最后总有所有的数组位置都到了末端,也就是所有数组都不能提供未参与排序的值,所以这时候我们就要判断当前的堆是否为空,如果不为空,那么他们就包含了n*k中的最大的几个数了,我们依次deleteMin()来吧最大的几个数按照最小顺序输出。如果当前的堆已经为空,那么直接跳出循环。

所以最终时间复杂仅为 O(n*logk)

代码:

想清楚了上述几个关键技术细节,这里代码就很好写了。

首先,我们定义一个值对象,它封装了某个整数以及这个整数来自于哪个数组.

package com.charles.algo.kwaymerge;
/**
 *
 * 这个对象表明是一个可以跟踪来自于哪个数组的数据对象
 * @author charles.wang
 *
 */
public class TrackableData { 
    //data表明具体的值
    private int data;
    //comeFromArray表明这个值来自于哪一个数组
    private int comeFromArray;
 
    public TrackableData(int data,int comeFromArray){
        this.data = data;
        this.comeFromArray=comeFromArray;
    }
 
    public int getData() {
        return data;
    }
    public void setData(int data) {
        this.data = data;
    }
    public int getComeFromArray() {
        return comeFromArray;
    }
    public void setComeFromArray(int comeFromArray) {
        this.comeFromArray = comeFromArray;
    }
}

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