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# Top-k 问题
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!!! question
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给定一个长度为 $n$ 的无序数组 `nums` ，请返回数组中最大的 $k$ 个元素。
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对于该问题，我们先介绍两种思路比较直接的解法，再介绍效率更高的堆解法。
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## 方法一：遍历选择
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我们可以进行下图所示的 $k$ 轮遍历，分别在每轮中提取第 $1$、$2$、$\dots$、$k$ 大的元素，时间复杂度为 $O(nk)$ 。
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此方法只适用于 $k \ll n$ 的情况，因为当 $k$ 与 $n$ 比较接近时，其时间复杂度趋向于 $O(n^2)$ ，非常耗时。
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!!! tip
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当 $k = n$ 时，我们可以得到完整的有序序列，此时等价于“选择排序”算法。
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## 方法二：排序
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如下图所示，我们可以先对数组 `nums` 进行排序，再返回最右边的 $k$ 个元素，时间复杂度为 $O(n \log n)$ 。
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显然，该方法“超额”完成任务了，因为我们只需找出最大的 $k$ 个元素即可，而不需要排序其他元素。
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## 方法三：堆
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我们可以基于堆更加高效地解决 Top-k 问题，流程如下图所示。
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1. 初始化一个小顶堆，其堆顶元素最小。
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2. 先将数组的前 $k$ 个元素依次入堆。
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3. 从第 $k + 1$ 个元素开始，若当前元素大于堆顶元素，则将堆顶元素出堆，并将当前元素入堆。
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4. 遍历完成后，堆中保存的就是最大的 $k$ 个元素。
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=== "<1>"
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=== "<2>"
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=== "<3>"
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=== "<4>"
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=== "<5>"
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=== "<6>"
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=== "<7>"
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=== "<8>"
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=== "<9>"
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示例代码如下：
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```src
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[file]{top_k}-[class]{}-[func]{top_k_heap}
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```
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总共执行了 $n$ 轮入堆和出堆，堆的最大长度为 $k$ ，因此时间复杂度为 $O(n \log k)$ 。该方法的效率很高，当 $k$ 较小时，时间复杂度趋向 $O(n)$ ；当 $k$ 较大时，时间复杂度不会超过 $O(n \log n)$ 。
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另外，该方法适用于动态数据流的使用场景。在不断加入数据时，我们可以持续维护堆内的元素，从而实现最大的 $k$ 个元素的动态更新。
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