获取java数组中n个最大值的索引

Posted 2023-02-26

【中文标题】获取java数组中n个最大值的索引

【英文标题】：Get indices of n maximums in java array

【发布时间】：2013-07-11 12:01:35

【问题描述】：

我有一个大小为 1000 的数组。如何找到五个最大元素的索引（索引）？

下面显示了一个带有设置代码的示例和我的尝试：

Random rand = new Random();
int[] myArray = new int[1000];
int[] maxIndices = new int[5];
int[] maxValues = new int[5];

for (int i = 0; i < myArray.length; i++) 
  myArray[i] = rand.nextInt();


for (int i = 0; i < 5; i++) 
  maxIndices[i] = i;
  maxValues[i] = myArray[i];


for (int i = 0; i < maxIndices.length; i++) 
  for (int j = 0; j < myArray.length; j++) 
    if (myArray[j] > maxValues[i]) 
      maxIndices[i] = j;
      maxValues[i] = myArray[j];
    
  


for (int i = 0; i < maxIndices.length; i++) 
  System.out.println("Index: " + maxIndices[i]);

我知道问题在于它不断地将最高最大值分配给所有最大元素。我不确定如何解决这个问题，因为我必须保留 myArray 的值和索引。

我不认为排序是一种选择，因为我需要保留索引。事实上，正是我特别需要的索引。

【问题讨论】：

当你在top 5中找到新元素时，看起来你需要重新考虑如何更新。

this discussion中有一些保留索引的方法

（要清楚，你的方法已经非常接近正确了；你只需要重新设计第三个循环。）

你可以使用数组列表吗？这可能会导致更简单的算法

首先获取 first 最大值的索引。

【参考方案1】：

排序是一种选择，但会消耗额外的内存。考虑以下算法。

1. Allocate additional array and copy into - O(n)
2. Sort additional array - O(n lg n)
3. Lop off the top k elements (in this case 5) - O(n), since k could be up to n
4. Iterate over the original array - O(n)
    4.a search the top k elements for to see if they contain the current element - O(lg n)

所以第 4 步是 (n * lg n)，就像排序一样。整个算法为n lg n，代码非常简单。

这是一个快速而肮脏的例子。其中可能存在错误，显然 null 检查等会起作用。

导入 java.util.Arrays;

class ArrayTest 

    public static void main(String[] args) 
        int[] arr = 1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, 10;
        int[] indexes = indexesOfTopElements(arr,3);
        for(int i = 0; i < indexes.length; i++) 
            int index = indexes[i];
            System.out.println(index + " " + arr[index]);
        
    

    static int[] indexesOfTopElements(int[] orig, int nummax) 
        int[] copy = Arrays.copyOf(orig,orig.length);
        Arrays.sort(copy);
        int[] honey = Arrays.copyOfRange(copy,copy.length - nummax, copy.length);
        int[] result = new int[nummax];
        int resultPos = 0;
        for(int i = 0; i < orig.length; i++) 
            int onTrial = orig[i];
            int index = Arrays.binarySearch(honey,onTrial);
            if(index < 0) continue;
            result[resultPos++] = i;
        
        return result;
    

您还可以采取其他措施来减少此操作的开销。例如，您可以选择使用仅跟踪最大 5 的队列而不是排序。作为ints，它们的值可能必须装箱才能添加到集合中（除非您自己滚动），这会增加开销显着。

【讨论】：

@TheNewIdiot - 正确的用法是 lg 而不是 log。并且 4.a 与 5 不同，因为它不是一个不同的步骤——它是在迭代过程中发生的。

@Hunter 那种。 lg 表示 log base 2。当使用大的O 表示法时，它们确实会相互压缩，因为它们的顺序相同，这是正确的。但是，如果该更改已经过审核，它将被拒绝为“太小”，而将 4.a 更改为 5 将被拒绝为“不正确”。

@corsiKa 正是我所需要的。谢谢。

【参考方案2】：

很抱歉回答这个老问题，但我缺少一个具有以下所有属性的实现：

易于阅读 高性能 处理多个相同的值

因此我实现了它：

    private int[] getBestKIndices(float[] array, int num) 
        //create sort able array with index and value pair
        IndexValuePair[] pairs = new IndexValuePair[array.length];
        for (int i = 0; i < array.length; i++) 
            pairs[i] = new IndexValuePair(i, array[i]);
        

        //sort
        Arrays.sort(pairs, new Comparator<IndexValuePair>() 
            public int compare(IndexValuePair o1, IndexValuePair o2) 
                return Float.compare(o2.value, o1.value);
            
        );

        //extract the indices
        int[] result = new int[num];
        for (int i = 0; i < num; i++) 
            result[i] = pairs[i].index;
        
        return result;
    

    private class IndexValuePair 
        private int index;
        private float value;

        public IndexValuePair(int index, float value) 
            this.index = index;
            this.value = value;
        
    

【参考方案3】：

回答有点晚了，你也可以用我写的这个函数：

/**
  * Return the indexes correspond to the top-k largest in an array.
  */
public static int[] maxKIndex(double[] array, int top_k) 
    double[] max = new double[top_k];
    int[] maxIndex = new int[top_k];
    Arrays.fill(max, Double.NEGATIVE_INFINITY);
    Arrays.fill(maxIndex, -1);

    top: for(int i = 0; i < array.length; i++) 
        for(int j = 0; j < top_k; j++) 
            if(array[i] > max[j]) 
                for(int x = top_k - 1; x > j; x--) 
                    maxIndex[x] = maxIndex[x-1]; max[x] = max[x-1];
                
                maxIndex[j] = i; max[j] = array[i];
                continue top;
            
        
    
    return maxIndex;

【讨论】：

尝试使用一些条件来避免继续：programmers.stackexchange.com/questions/58237/…

【参考方案4】：

我的快速和有点“跳出框框思考”的想法是使用最多包含 5 个元素的EvictingQueue。您必须使用数组中的前五个元素预先填充它（按升序进行，因此您添加的第一个元素是五个元素中最低的）。

当当前值大于队列中的最小值时，您必须遍历数组并将新元素添加到队列中。要记住索引，请创建一个包装对象（值/索引对）。

遍历整个数组后，队列中有五个最大值/索引对（按降序排列）。

这是一个 O(n) 的解决方案。

【讨论】：

和我的答案很像xD

【参考方案5】：

Arrays.sort(myArray)，然后取最后 5 个元素。

如果您想保留原始订单，请排序副本。

如果您想要索引，则没有像 python 或其他一些语言那样快速而简单的解决方案。你排序和扫描，但这很难看。

或者你可以反对——毕竟这是java。 制作一个 ArrayMaxFilter 对象。它将有一个私有类 ArrayElement，它由一个索引和一个值组成，并且按值自然排序。它将有一个方法，该方法采用一对整数、索引和值，创建它们的 ArrayElement，并将它们放入长度为 5 的优先级队列中。（或者你想找到的任何数量）。从数组中提交每个索引/值对，然后报告出队列中剩余的值。 （是的，优先级队列传统上保持最低值，但你可以在你的实现中翻转它）

【讨论】：

OP 希望保留原始数组中的索引。

【参考方案6】：

这是我的解决方案。创建一个将索引与值配对的类：

public class IndiceValuePair
    private int indice;
    private int value;

    public IndiceValuePair(int ind, int val)
        indice = ind;
        value = val;
    
    public int getIndice()
        return indice;
    
    public int getValue()
        return value;
    

然后在你的 main 方法中使用这个类：

public static void main(String[] args)
    Random rand = new Random();
    int[] myArray = new int[10];
    IndiceValuePair[] pairs = new IndiceValuePair[5];
    System.out.println("Here are the indices and their values:");
    for(int i = 0; i < myArray.length; i++) 
        myArray[i] = rand.nextInt(100);
        System.out.println(i+ ": " + myArray[i]);
        for(int j = 0; j < pairs.length; j++)
            //for the first five entries
            if(pairs[j] == null)
                pairs[j] = new IndiceValuePair(i, myArray[i]);
                break;
            
            else if(pairs[j].getValue() < myArray[i])
                //inserts the new pair into its correct spot
                for(int k = 4; k > j; k--)
                    pairs[k] = pairs [k-1];
                
                pairs[j] = new IndiceValuePair(i, myArray[i]);
                break;
            
        
    
    System.out.println("\n5 Max indices and their values");
    for(int i = 0; i < pairs.length; i++)
        System.out.println(pairs[i].getIndice() + ": " + pairs[i].getValue());
    

以及运行的示例输出：

Here are the indices and their values:
0: 13
1: 71
2: 45
3: 38
4: 43
5: 9
6: 4
7: 5
8: 59
9: 60

5 Max indices and their values
1: 71
9: 60
8: 59
2: 45
4: 43

我提供的示例只生成了 10 个值在 0 到 99 之间的整数，以便我可以看到它有效。您可以轻松更改它以适应 1000 个任意大小的值。此外，我没有运行 3 个单独的 for 循环，而是检查了我添加的最新值是否是在我添加到 myArray 之后的最大值。试一试，看看它是否适合你