算法笔记_031:计算中值和选择问题(Java)
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1 问题描述
中值问题是求一个n个数列表中某一数组下标k,它要求该下标元素比列表中的一半元素大,又比另一半元素小,这个中间的值被称为中值。
选择问题是求一个n个数列表的第k个最小元素的问题。
2 解决方案
2.1 计算中值问题
本文使用Lomuto划分算法思想,此处引用《算法设计与分析基础》第三版上一段文字介绍及配图,具体如下:


具体实现代码如下:
package com.liuzhen.chapter4;
public class MedianProblem {
//Lomuto划分
/*
* 参数A:给定的随机数数组
* 参数start:开始进行选择的数组元素位置
* 参数end:最后一个进行选择的数组元素位置
* 函数功能:返回A[start]到A[end]元素中间的某一元素位置result,使得 左边部分元素 < A[result] <=右边部分元素
*/
public int LomutoPartition(int[] A,int start,int end){
int begin = A[start];
int result = start;
for(int i = start+1;i <= end;i++){
if(A[i] < begin){
/*
* 一旦出现小于begin的元素,result向后移动一位;
* 出现大于的不移动,当再次出现小于begin的元素,result向后移动一位,
* 此时result恰好指向第一个大于begin的元素,此时执行swap(A,result,i)
*/
result = result + 1;
swap(A,result,i);
}
}
swap(A,start,result);
return result;
}
//交换数组中位置为m和n上的元素值
public void swap(int[] A,int m,int n){
int temp = A[m];
A[m] = A[n];
A[n] = temp;
}
public static void main(String[] args){
MedianProblem test = new MedianProblem();
int[] A = {4,1,10,8,7,12,9,2,15};
int result = test.LomutoPartition(A, 0, A.length-1);
System.out.println("对数组进栈Lomuto划分后结果:");
for(int i = 0;i < A.length;i++)
System.out.print(A[i]+" ");
System.out.println("\n"+"进行Lomuto划分后的数组中轴位置:"+result);
}
}
运行结果:
对数组进栈Lomuto划分后结果:
2 1 4 8 7 12 9 10 15
进行Lomuto划分后的数组中轴位置:2
2.2 选择问题
通过2.1 计算中值问题中Lomuto算法的运用,那么如何寻找n个元素中第k个最小元素呢?此处调用2.1中相关函数,具体实现代码如下:
package com.liuzhen.chapter4;
public class SelectProblem {
//快速选择
/*
* 参数A:给定随机数数组
* 参数k:要求输出的第k个最小元素
* 函数功能:返回数组A的第k个最小元素的值
*/
public int quickSelect(int[] A,int k){
int start = 0;
int end = A.length-1;
int mid = new MedianProblem().LomutoPartition(A, start,end);
while(true){
if(mid > k-1){
end = mid-1;
mid = new MedianProblem().LomutoPartition(A, start,end);
}
else if(mid < k-1){
start = mid+1;
mid = new MedianProblem().LomutoPartition(A, start,end);
}
else
break;
}
return A[mid];
}
public static void main(String[] args){
SelectProblem test = new SelectProblem();
int[] A = {4,1,10,8,7,12,9,2,15};
int result = test.quickSelect(A, 5);
System.out.println("对数组进行快速选择并执行划分后结果:");
for(int i = 0;i < A.length;i++)
System.out.print(A[i]+" ");
System.out.println("\n"+"进行快速选择后得到数组第5最小元素(从小到大排序):"+result);
}
}
运行结果:
对数组进行快速选择并执行划分后结果:
2 1 4 7 8 12 9 10 15
进行快速选择后得到数组第5最小元素(从小到大排序):8
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