【追梦之旅】— 堆的实际应用--TopK问题

news2025/1/12 21:06:32

【追梦之旅】— 堆的实际应用--TopK问题😎

前言🙌
- 堆的TopK问题的现实栗子
- 堆的TopK思路的应用场景
- 堆的TopK思路的具体实现
- - fscanf函数
  - fprintf函数
  - 堆的TopK具体实现代码：
  - 前K个数据的巧妙设置
  - 运行结果截图：
总结撒花💞

😎博客昵称：博客小梦
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前言🙌

哈喽各位友友们😊，我今天又学到了很多有趣的知识，现在迫不及待的想和大家分享一下！😘我仅已此文，介绍有关堆的实际应用–TopK问题~ 都是精华内容，可不要错过哟！！！😍😍😍

堆的TopK问题的现实栗子

堆是一种在日常开发中，经常被使用到的一种数据结构，也可以说和我们的生活息息相关。例如，我们点外卖时，美团这些外卖软件并不会将所有的店家都展示在页面上，它会有推荐店家页面，我们只能在页面直接上看到这些推荐的店家。而这一功能的实现就是因为其底层的代码应用了堆TopK的思想 + 排序。还有就是我们玩游戏的时候，也有战力榜、富豪榜、等等，这些功能的设计代码都应用到了堆的知识。

堆的TopK思路的应用场景

TopK的应用场景：简单来说，TopK的应用场景是用于大数据量前提下，选出前K个数据的业务场景。像一些比较大型的软件上，实现推荐功能或者一些大型软件上的Top排行榜等等。

堆的TopK思路的具体实现

我们这里设计是实现在文件上的数据进行Top思路的实现。为什么直接在内存上进行呢，这样编写不是更简单吗？其实这是有其原因存在的。因为我们的TopK的应用场景是大数据量的情况下，选出前k个数据的。我们知道，内存的空间是有限的，它不能存储很大量的数据。而文件是存储在磁盘上的，存储空间上比内存要大的多。我们的业务数据都是放在数据库进行管理的，学过数据库的都知道数据库中的数据也是存放到的磁盘上的，就是因为内存空间小的这个局限性。

在这里了我们是对数字的实现TopK。进行文件中整型数据的读和写，我们需要使用到的函数是fscanf和fprintf
建堆有两种算法：1、向上调整算法；2、向下调整算法。尽管数学公式的推算证明（错位相减法+二叉树结构特点），向上调整算法的建时间复杂度是：O（ n*logn）。向下调整算法的时间复杂度是O（n）。显然，用向下调整算法是更优的，等下我们实现也是用堆的TopK也是利用向下调整算法。

fscanf函数

fsanf函数的接口
fscanf函数的返回值

在这里插入图片描述
当读取到文件末尾时，fscanf函数会返回一个EOF。

fprintf函数

fprintf函数的接口

在这里插入图片描述

fprintf函数函数的返回

在这里插入图片描述

堆的TopK具体实现代码：

#include<stdio.h>
#include<time.h>
#include<stdlib.h>
void CreateNDate()
{
	// 造数据
	int n = 10000;
	srand(time(0));
	const char* file = "data.txt";
	FILE* fin = fopen(file, "w");
	if (fin == NULL)
	{
		perror("fopen error");
		return;
	}

	for (size_t i = 0; i < n; ++i)
	{
		int x = rand() % 1000000;
		fprintf(fin, "%d\n", x);
	}

	fclose(fin);
}

void Swap(int* p1, int* p2)
{
	int tem = *p1;
	*p1 = *p2;
	*p2 = tem;
}

void AdjustDown(int* a, int k, int parent)
{
	int child = parent * 2 + 1;
	while (child < k)
	{
		if (child + 1 < k && a[child + 1] < a[child])
		{
			child++;
		}
		if (a[child] < a[parent])
		{
			Swap(&a[child], &a[parent]);
			parent = child;
			child = parent * 2 + 1;
		}
		else
		{
			break;
		}
	}
}

void PrintTopk(int k)
{
	int* topk = (int*)malloc(sizeof(int) * k);
	const char* file = "data.txt";
	FILE* fout = fopen(file, "r");
	if (fout == NULL)
	{
		perror("fopen fail!\n");
		return;
	}
	//读k个数据
	for (int i = 0; i < k; i++)
	{
		fscanf(fout, "%d", &topk[i]);
	}
	//建堆
	for (int i = (k - 1 - 1) / 2; i >= 0; i--)
	{
		AdjustDown(topk, k, i);
	}
	int val = 0;
	int ret = fscanf(fout, "%d", &val);
	while (ret != EOF)
	{
		if (val > topk[0])
		{
			topk[0] = val;
			AdjustDown(topk, k, 0);
		}
		ret = fscanf(fout, "%d", &val);
	}
	for (int i = 0; i < k; i++)
	{
		printf("%d ", topk[i]);
	}
	printf("\n");
	free(topk);
	fclose(fout);
}
int main()
{
	//CreateNDate();
	PrintTopk(10);
	return 0;
}