코틀린 코딩테스트 강좌, K번째 수 구하기

안녕하세요! 이번 강좌에서는 코틀린을 활용하여 K번째 수를 구하는 알고리즘 문제에 대해 자세히 알아보겠습니다. K번째 수를 찾는 문제는 데이터 정렬 및 검색 알고리즘의 기초를 다지는 데 유용한 문제입니다. 이 글에서는 문제의 정의, 접근 방법, 코딩 구현 및 최적화 기법까지 폭넓게 다루겠습니다.

문제 정의

문제 설명은 다음과 같습니다:

자연수로 이루어진 배열이 주어지고, 숫자 K가 주어질 때, 배열에서 K번째로 작은 수를 구하시오.

입력: 배열 {5, 3, 8, 1, 2}와 K=3

출력: 3

문제 접근 방법

이 문제를 해결하기 위해서는 다음과 같은 접근 방식을 사용할 수 있습니다:

배열을 정렬한 후, K-1 인덱스에 위치한 값을 반환
힙(heap) 자료구조를 사용하여 K번째 수까지 효율적으로 찾기
Quickselect 알고리즘을 사용하여 평균 O(N) 시간 복잡도로 K번째 수를 찾기

1. 배열 정렬

배열을 정렬한 후, K-1 인덱스를 찾는 방법은 가장 직관적이며 이해하기 쉽습니다. 하지만 최악의 경우 O(N log N)의 시간 복잡도를 가지기 때문에, 더 효율적인 방법을 찾아야 합니다.

2. 힙을 활용한 방법

힙을 사용하여 K번째 수를 찾는 방법은 K개의 최소 요소를 힙으로 저장한 후, 힙의 최대값을 찾아 반환하는 방식입니다. 이 접근법은 O(N log K)의 시간 복잡도를 가집니다.

3. Quickselect

Quickselect 알고리즘은 QuickSort의 파티션 기법을 변형하여 원하는 K번째 수를 찾는 방법입니다. 이 알고리즘은 평균적으로 O(N)의 시간 복잡도를 가집니다.

코드 구현

이제 문제를 해결하기 위한 코드를 작성해 보겠습니다. 이번 예제에서는 배열을 정렬하여 K번째 수를 찾는 가장 직관적인 방법을 사용합니다.

K번째 수 찾기 코드


    fun findKthNumber(arr: IntArray, k: Int): Int {
        // 배열 정렬
        val sortedArray = arr.sortedArray()
        // K번째 수 반환 (K는 1부터 시작하므로 K-1)
        return sortedArray[k - 1]
    }

    fun main() {
        val arr = intArrayOf(5, 3, 8, 1, 2)
        val k = 3
        val result = findKthNumber(arr, k)
        println("K번째 수: $result") // 출력: K번째 수: 3
    }

예제 및 설명

위 코드에서는 다음 단계를 따릅니다:

findKthNumber 함수를 정의하고 정수 배열과 K를 매개변수로 받습니다.
배열을 정렬한 후, K-1 인덱스의 값을 반환합니다.
main 함수를 실행하여 결과를 출력합니다.

최적화 및 기타 접근 방법

위의 해결 방법들은 기초적이며, 실제 코딩 테스트에서는 더 많은 문제를 다루어야 할 수 있습니다. K번째 수와 같이 시간 복잡도에 민감한 문제에 대해 몇 가지 추가 방법을 논의해 보겠습니다.

힙을 이용한 방법


    import java.util.PriorityQueue

    fun findKthNumberUsingHeap(arr: IntArray, k: Int): Int {
        val minHeap = PriorityQueue(compareBy { -it })
        for (num in arr) {
            minHeap.offer(num)
            if (minHeap.size > k) {
                minHeap.poll() // K개를 초과할 경우 최대값 제거
            }
        }
        return minHeap.poll() // K번째 수 반환
    }

Quickselect 알고리즘


    fun quickselect(arr: IntArray, left: Int, right: Int, k: Int): Int {
        if (left == right) {
            return arr[left]
        }

        val pivotIndex = partition(arr, left, right)
        if (k == pivotIndex) {
            return arr[k]
        } else if (k < pivotIndex) {
            return quickselect(arr, left, pivotIndex - 1, k)
        } else {
            return quickselect(arr, pivotIndex + 1, right, k)
        }
    }

    fun partition(arr: IntArray, left: Int, right: Int): Int {
        val pivot = arr[right]
        var i = left
        for (j in left until right) {
            if (arr[j] < pivot) {
                swap(arr, i, j)
                i++
            }
        }
        swap(arr, i, right)
        return i
    }

    fun swap(arr: IntArray, i: Int, j: Int) {
        val temp = arr[i]
        arr[i] = arr[j]
        arr[j] = temp
    }

    fun findKthNumberQuickselect(arr: IntArray, k: Int): Int {
        return quickselect(arr, 0, arr.size - 1, k - 1)
    }

결론

이번 강좌에서는 K번째 수 구하기 문제를 다양한 방법으로 해결해보았습니다. 배열 정렬을 통한 직관적인 방법부터, 힙, Quickselect 알고리즘까지 여러 접근 방법을 학습하여 알고리즘의 깊은 이해를 도왔습니다. 이러한 문제들은 코딩 테스트에서 자주 출제되므로, 여러가지 방법을 시도해보시기 바랍니다.

추가적으로 K번째 수 구하기 문제는 배열의 정렬과 탐색 알고리즘의 기초이기 때문에, 이러한 기법들을 잘 숙지하고 있다면 다양한 문제에서 유용하게 활용할 수 있습니다. 코드 구현 및 시간 복잡도를 고려하여 효율적인 접근 방법을 선택하시기 바랍니다.

참고 자료

Introduction to Algorithms, CLRS
LeetCode Problems
GeeksforGeeks.com