Google 面试还原:多源已排序电影列表的全局排序(K-way Merge)

Original Question (English)

Given a list of movies from multiple providers pre-sorted based on rating, produce a list of movies that are sorted across all providers.
Example:
p1 = {0, 3, 4}, p2 = {0, 2, 3}, p3 = {1}, p4 = {0, 2}


题目简述(口语化)
有多个内容提供方(providers),每个 provider 给了一份按评分已排序的电影列表。请把它们合并成一个全局有序的列表。
示例:
p1 = [0,3,4], p2 = [0,2,3], p3 = [1], p4 = [0,2]

注:数字可理解为“评分”或“按评分排好序的电影ID的相对顺序”。是否去重、排序方向(升/降)需向面试官确认。


一、和面试官快速澄清(Clarifying Questions)

  1. 排序方向:升序还是降序?(默认升序)
  2. 是否去重:同一部电影在多个 provider 出现时,最终列表是否只保留一次?如何判定“同一部电影”(按ID还是按评分值)?
  3. 相同评分的 tie-breaker:同分时是否按 provider 顺序、原列表位置,或电影ID次序稳定排序?
  4. 数据规模k(providers数量)和总元素数 m 有多大?是否有内存/流式限制?
  5. 输出要求:仅返回合并后的列表,还是需要附带来源(providerId, index)等信息?

二、思路总览

解法 A:直接拼接后排序(Baseline)

  • 做法:把所有列表拼起来,sort() 一下;如需去重,再线性扫一遍去重。
  • 复杂度:时间 O(m log m),空间 O(m)
  • 优点:实现最快。
  • 缺点:当 k 大、每个列表已排序时,没有利用“各列表已排好序”的信息,性能不是最优。

解法 B:K 路归并(K-way merge with Heap)✅推荐

  • 核心思想:用一个 min-heap(优先队列) 维护 “每个列表当前头部元素”。每次弹出全局最小的元素,并把该元素来自的那个列表的下一个元素压回堆。
  • 数据结构:堆中元素形如 (value, providerId, indexInProvider);需要自定义比较器处理 tie-breaker。
  • 步骤
    1. 把每个 provider 的第 1 个元素入堆;
    2. 循环:弹出最小值 → 追加到结果;如果该元素所在列表还有下一个,就入堆;
    3. 去重:维护 seen(按电影ID或值),已见过则跳过。
  • 复杂度
    • 时间:O(m log k)(每个元素最多入堆/出堆一次,堆大小 ≤ k)
    • 空间:O(k)(堆)+O(u)(若去重需要的哈希;u为唯一元素数)

示例不去重的合并结果:[0,0,0,1,2,2,3,3,4]
若按“电影ID去重”,可能得到:[0,1,2,3,4](具体以澄清为准)


三、手撕思路要点(可直接口述/写伪代码)

function mergeKSorted(lists, dedup=false):
heap = new MinHeap( by: (value, providerId, idx) with tie-breaker )
for each provider i:
if lists[i] not empty:
heap.push( (lists[i][0], i, 0) )

result = []
seen = HashSet() // 仅在 dedup=true 时启用

while heap not empty:
(val, pid, idx) = heap.pop()
if !dedup or val not in seen:
result.append(val)
if dedup: seen.add(val)

if idx+1 < len(lists[pid]):
heap.push( (lists[pid][idx+1], pid, idx+1) )

return result

四、复杂度与正确性陈述

  • 时间复杂度O(m log k)
  • 空间复杂度O(k)(堆)+ O(u)(去重集合)
  • 正确性不变式:堆中始终保存每个列表的当前最小候选,弹出即全局最小。

五、常见追问与扩展

  1. Top-N:取前 N 次弹出即可,复杂度 O(N log k)
  2. 降序:使用 max-heap 或比较器取反
  3. 流式数据:用迭代器封装每个 provider
  4. 去重维度:按 movieId 而非评分值去重
  5. 外部排序:大数据场景下的多阶段归并

六、csoahelp 实时辅助还原

以下为我们在实时辅导客户面试时的真实复盘:

  • 读题阶段:提醒先问清排序方向、去重规则、tie-breaker
  • 方案选择:建议先提 O(m log m) 再引出 O(m log k) 的堆优化
  • 细节落地:我们实时提供 (val, providerId, idx) 三元组结构,帮助候选人顺畅口述
  • 示例推演:现场引导走一遍 [0,3,4], [0,2,3], [1], [0,2],验证堆弹出顺序
  • 收尾补充:提醒复杂度总结与扩展场景应对(Top-N、去重、流式)

在这种 K-way Merge 类型的面试题里,很多候选人其实卡的不是算法,而是在面试表达、思路组织和现场应变
csoahelp 的实时辅助,可以让候选人在 30~45 分钟的面试里表现得更稳定、更有条理。

我们具体做的事:

  1. 第一分钟快速定位考点
    • 你读完题,我们会马上帮你提炼核心考点(K-way merge、heap、复杂度优化等),让你有个明确的主线。
    • 同时提示你优先问哪些澄清问题,确保不漏掉 tie-breaker、去重等容易失分的点。
  2. 思路组织 + 表达优化
    • 现场给你一个可口述的伪代码结构,不用陷入“想写代码却卡半天”的尴尬。
    • 帮你在讲解时自然过渡,例如从 O(m log m) 过渡到 O(m log k) 时,如何用“利用已排序信息”这种关键词打动面试官。
  3. 示例推演 + 正确性证明
    • 在你答题过程中,我们同步推一遍例子,帮你发现潜在 bug(比如 tie-breaker 失效、去重逻辑错误)。
    • 给你一套简短的正确性陈述,让你在回答中显得更严谨。
  4. 应对追问
    • 面试官一旦问 “Top-N 怎么做”“降序怎么办”“流式数据如何处理”,我们会即时给你简洁且高分的答案模板。
    • 避免你在变体问题上慌乱或答不全。
  5. 时间控制
    • 帮你在规定时间内完成澄清 → 思路 → 代码/伪代码 → 测试 → 复杂度总结,不至于卡在某个环节。

效果:你不仅能写出正确的解法,还能在表达上条理清晰、应答流畅,让面试官对你整体技术素养和沟通能力都有好印象。

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