虽然其他的quickselect解决方案已经被否决，但事实是quickselect将比使用大小为100的队列更快地找到解决方案。在比较方面，Quickselect的预期运行时间为2n + o(n)。一个非常简单的实现是

array = input array of length n
r = Quickselect(array,n-100)
result = array of length 100
for(i = 1 to n)
  if(array[i]>r)
     add array[i] to result

这平均需要3n + o(n)次比较。此外，quickselect将数组中最大的100个项保留在最右边的100个位置，这可以提高效率。所以实际上，运行时间可以提高到2n+o(n)。

有一个问题是，这是预期的运行时间，而不是最坏的情况，但通过使用一个不错的主元选择策略(例如，随机选择21个元素，并选择这21个元素的中位数作为主元)，那么比较的数量可以保证高概率为(2+c)n对于任意小的常数c。

事实上，通过使用优化的抽样策略(例如随机抽样平方根(n)个元素，并选择第99百分位数)，对于任意小的c(假设K，要选择的元素数量为o(n))，运行时间可以降至(1+c)n + o(n)。

另一方面，使用大小为100的队列将需要O(log(100)n)个比较，log以2为底100的对数大约等于6.6。

如果我们从更抽象的意义上考虑这个问题，即从大小为N的数组中选择最大的K个元素，其中K=o(N)，但K和N都趋于无穷大，那么快速选择版本的运行时间将是o(N)，队列版本的运行时间将是o(N log K)，因此在这种意义上，快速选择也渐近地更好。

在注释中，提到队列解决方案将在随机输入的预期时间N + K log N内运行。当然，随机输入假设永远不会成立，除非问题明确地说明了这一点。队列解决方案可以以随机顺序遍历数组，但这将产生对随机数生成器的N次调用的额外成本，以及排列整个输入数组或分配一个长度为N的包含随机索引的新数组。

如果问题不允许您移动原始数组中的元素，并且分配内存的成本很高，因此不能复制数组，那就是另一回事了。但严格地从运行时间来看，这是最好的解决方案。

可能的改进。

如果文件包含十亿的数字，读取它可能会很长…

为了提高工作效率，你可以:

将文件分成n个部分，创建n个线程，让n个线程在各自的部分中寻找最大的100个数字(使用优先级队列)，最后得到所有线程输出的最大的100个数字。 使用像hadoop这样的解决方案，使用集群来完成这样的任务。在这里，您可以进一步分割文件，并更快地输出10亿(或10^12)个数字的文件。

这是谷歌或其他行业巨头提出的问题。也许下面的代码就是面试官想要的正确答案。 时间成本和空间成本取决于输入数组中的最大数量。对于32位int数组输入，最大空间成本是4 * 125M字节，时间成本是5 *十亿。

public class TopNumber {
    public static void main(String[] args) {
        final int input[] = {2389,8922,3382,6982,5231,8934
                            ,4322,7922,6892,5224,4829,3829
                            ,6892,6872,4682,6723,8923,3492};
        //One int(4 bytes) hold 32 = 2^5 value,
        //About 4 * 125M Bytes
        //int sort[] = new int[1 << (32 - 5)];
        //Allocate small array for local test
        int sort[] = new int[1000];
        //Set all bit to 0
        for(int index = 0; index < sort.length; index++){
            sort[index] = 0;
        }
        for(int number : input){
            sort[number >>> 5] |= (1 << (number % 32));
        }
        int topNum = 0;
        outer:
        for(int index = sort.length - 1; index >= 0; index--){
            if(0 != sort[index]){
                for(int bit = 31; bit >= 0; bit--){
                    if(0 != (sort[index] & (1 << bit))){
                        System.out.println((index << 5) + bit);
                        topNum++;
                        if(topNum >= 3){
                            break outer;
                        }
                    }
                }
            }
        }
    }
}

你可以在O(n)个时间内完成。只需遍历列表，并跟踪在任何给定点上看到的最大的100个数字，以及该组中的最小值。当你发现一个新的数字大于你的10个数字中的最小值，然后替换它并更新你的新的100的最小值(可能每次你都要花100的常数时间来确定，但这并不影响整体分析)。

你可以保留一个最大的100个数字的优先队列，遍历10亿个数字。每当遇到大于队列中最小数字(队列头)的数字时，删除队列头并将新数字添加到队列中。

用堆实现的优先级队列的插入+删除复杂度为O(log K).(其中K = 100，要查找的元素数量。N = 10亿，数组中元素的总数)。

在最坏的情况下，你得到十亿*log2(100)这比十亿*log2(十亿)对于O(N log N)基于比较的排序要好。

一般来说，如果你需要一组N个数字中最大的K个数字，复杂度是O(N log K)而不是O(N log N)，当K与N相比非常小时，这可能非常重要。

这种优先级队列算法的预期时间非常有趣，因为在每次迭代中可能会出现插入，也可能不会出现插入。

第i个数字插入队列的概率是一个随机变量大于同一分布中至少i- k个随机变量的概率(前k个数字自动添加到队列中)。我们可以使用顺序统计(见链接)来计算这个概率。

例如，假设这些数字是从{0,1}中均匀随机选择的，第(i-k)个数字(从i个数字中)的期望值为(i-k)/i，并且随机变量大于此值的概率为1-[(i-k)/i] = k/i。

因此，期望插入数为:

期望运行时间可表示为:

(k时间生成包含前k个元素的队列，然后是n-k个比较，以及如上所述的预期插入次数，每次插入的平均时间为log(k)/2)

注意，当N与K相比非常大时，这个表达式更接近于N而不是nlog K。这有点直观，就像在这个问题的情况下，即使经过10,000次迭代(与十亿次相比非常小)，一个数字被插入队列的机会也非常小。

但是我们不知道数组的值是均匀分布的。它们可能趋向于增加，在这种情况下，大多数或所有数字将成为所见最大的100个数字集合的新候选数。这个算法的最坏情况是O(N log K)

或者如果它们呈递减的趋势，最大的100个数字中的大多数将会非常早，我们的最佳情况运行时间本质上是O(N + K log K)对于K比N小得多的K，它就是O(N)

脚注1:O(N)整数排序/直方图

计数排序或基数排序都是O(N)，但通常有更大的常数因子，使它们在实践中比比较排序更差。在某些特殊情况下，它们实际上相当快，主要是对于窄整数类型。

例如，计数排序在数字很小的情况下表现良好。16位数字只需要2^16个计数器的数组。而不是实际展开到一个排序的数组，你可以扫描你建立的直方图作为计数排序的一部分。

在对数组进行直方图化之后，您可以快速回答任何顺序统计的查询，例如最大的99个数字，最大的200到100个数字)32位数字将计数分散到一个更大的数组或计数器哈希表中，可能需要16gib的内存(每个2^32个计数器4字节)。在真正的cpu上，可能会有很多TLB和缓存失误，不像2^16个元素的数组，L2缓存通常会命中。

类似地，Radix Sort可以在第一次传递后只查看顶部的桶。但常数因子仍然可能大于logk，这取决于K。

注意，每个计数器的大小足够大，即使所有N个整数都是重复的，也不会溢出。10亿略小于2^30，所以一个30位无符号计数器就足够了。32位有符号或无符号整数就可以了。

如果有更多的计数器，则可能需要64位计数器，初始化为零并随机访问需要占用两倍的内存。或者是少数溢出16或32位整数的计数器的哨兵值，以指示计数的其余部分在其他地方(在一个小字典中，例如映射到64位计数器的哈希表中)。

你可以遍历这些数字，需要O(n)

只要发现一个大于当前最小值的值，就将新值添加到一个大小为100的循环队列中。

循环队列的最小值就是新的比较值。继续往队列中添加。如果已满，则从队列中提取最小值。