Python3 - 查找最大或最小的 N 个元素

问题

怎样从一个集合中获得最大或者最小的 N 个元素列表？

解决方案

heapq 模块有两个函数：nlargest() 和 nsmallest() 可以完美解决这个问题。

# -*- coding:utf-8 -*-
import heapq

numbers = [1, 9, 23, 100, 49, 4, -8, 36]

max_3 = heapq.nlargest(3, numbers)
min_3 = heapq.nsmallest(4, numbers)

print('最大的3个值：', max_3)
print('最小的4个值：', min_3)

最大的3个值： [100, 49, 36]
最小的4个值： [-8, 1, 4, 9]

两个函数都能接受一个关键字参数，指定比较的元素，用于更复杂的数据结构中：

portfolio = [
    {'name': 'IBM', 'shares': 100, 'price': 91.1},
    {'name': 'AAPL', 'shares': 50, 'price': 543.22},
    {'name': 'FB', 'shares': 200, 'price': 21.09},
    {'name': 'HPQ', 'shares': 35, 'price': 31.75},
    {'name': 'YHOO', 'shares': 45, 'price': 16.35},
    {'name': 'ACME', 'shares': 75, 'price': 115.65}
]

cheap = heapq.nsmallest(2, portfolio, key = lambda x: x['price'])
expensive = heapq.nlargest(2, portfolio, key = lambda x: x['price'])

print(cheap)
print(expensive)

[{'name': 'YHOO', 'shares': 45, 'price': 16.35}, {'name': 'FB', 'shares': 200, 'price': 21.09}]
[{'name': 'AAPL', 'shares': 50, 'price': 543.22}, {'name': 'ACME', 'shares': 75, 'price': 115.65}]

讨论

这些函数提供了很好的性能。 因为在底层实现里面，首先会先将集合数据进行堆排序后放入一个列表中：

numbers = [1, 9, 23, 100, 49, 4, -8, 36]
heapq.heapify(numbers)
print(numbers)

[-8, 9, 1, 36, 49, 4, 23, 100]

堆数据结构最重要的特征是 heap[0]永远是最小的元素。并且剩余的元素可以很容易的通过调用 heapq.heappop() 方法得到， 该方法会先将第一个元素弹出来，然后用下一个最小的元素来取代被弹出元素。

print(heapq.heappop(numbers))
print(heapq.heappop(numbers))
print(heapq.heappop(numbers))

-8
1
4

当要查找的元素个数相对(集合元素个数)比较小的时候，函数 nlargest() 和 nsmallest() 是很合适的。

如果要查找唯一的最小或最大元素，使用 min() 和 max() 函数会更快些。

如果 N 的大小和集合大小接近时，通常先排序这个集合，然后再使用切片操作会更快点 。