set集合容器

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近期學習了STL中set的使用，在此寫一點點總結和自己的一些體悟。

     set集合容器實現了紅/黑樹狀結構（Red-Black Tree）的平衡二叉檢索樹的的資料結構，在插入元素時，它會自動調整二叉樹的排列，把該元素放到適當的位置，以確保每個子樹根節點的索引值大於左子樹所有節點的索引值，而小於右子樹所有節點的索引值；另外，還得確保根節點的左子樹的高度與有字數的高度相等，這樣，二叉樹的高度最小，從而檢索速度最快。要注意的是，它不會重複插入相同索引值的元素，而採取忽略處理。

     平衡二叉檢索樹的檢索使用中序遍曆演算法，檢索效率高於vector、deque、和list的容器。另外，採用中序遍曆演算法可將索引值由小到大遍曆出來，所以，可以理解為平衡二叉檢索樹在插入元素時，就會自動將元素按索引值從小到大的順序排列。

     那麼現在有人就要問了，為何set的插入、刪除、檢索效率要比其他序列容器高？

首先我們要瞭解set的儲存方式，set內部採用的是紅/黑樹狀結構（也稱為RB樹），紅/黑樹狀結構是一種非常高效的平衡檢索二叉樹。基於紅/黑樹狀結構，set容器內所有元素都是以節點的方式來儲存，其節點結構和鏈表差不多，指向父節點和子節點。結構圖可能如下：

      A
　  / \
　 B C
　/ \ / \
  D E F G

因此插入的時候只需要稍做變換，把節點的指標指向新的節點就可以了。刪除的時候類似，稍做變換後把指向刪除節點的指標指向其他節點也OK了。這裡的一切操作就是指標換來換去，和記憶體移動沒有關係。

那麼當資料元素增多時，set的插入、刪除和搜尋速度變化如何呢？

如果你知道log2的關係你應該就徹底瞭解這個答案。在set中尋找是使用二分尋找，也就是說，如果有16個元素，最多需要比較4次就能找到結果，有32個元素，最多比較5次。那麼有10000個呢？最多比較的次數為log10000，最多為14次，如果是20000個元素呢？最多不過15次。看見了吧，當資料量增大一倍的時候，搜尋次數只不過多了1次，多了1/14的搜尋時間而已。你明白這個道理後，就可以安心往裡面放入元素了。

 

使用set前，需要在程式標頭檔中包含聲明“#include<set>”。

 

下面我們列出一些set中的常用操作：（英語好的小夥伴可以進這個連結看看，包含了set的幾乎所有操作）

首先是建立set集合對象：

1 #include<set>2 3 using namespace std;4 5 int main(){6     set<int> s;//定義元素類型為int的集合對象，當前沒有任何元素 7     return 0;8 }

元素的插入與中序遍曆：

採用inset()方法把元素插入到集合中，插入規則在預設的比較規則下，是按元素值從小到大插入，如果自己指定了比較規則函數，則按自訂比較規則函數插入。使用前向迭代器對集合中序遍曆，結果正好是元素排序後的結果。

 1 #include<iostream> 2 #include<set> 3 using namespace std; 4  5 int main(){ 6     set<int> s; 7     s.insert(8);//插入了五個元素，但由於第二次插入8有重複，所以第二次插入8並沒有執行  8     s.insert(1); 9     s.insert(12);10     s.insert(6);11     s.insert(8);12 13     set<int>::iterator it;//定義前向迭代器 14     for(it=s.begin();it!=s.end();it++){    //中序遍曆集合中的所有元素 15         cout<<*it<<" ";16     }17     cout<<endl;18     return 0;19 } 

運行結果：

1 6 8 12

 

我們也可以使用反向迭代器reverse_iterator來反向遍曆集合，輸出結果正好是集合元素的反向排序結果。它需要用到rbegin()和rend()兩個方法，他們分別給出了反向遍曆的開始位置和結束位置。

 1 #include<iostream> 2 #include<set> 3 using namespace std; 4  5 int main(){ 6     set<int> s; 7     s.insert(8);//插入了五個元素，但由於第二次插入8有重複，所以第二次插入8並沒有執行  8     s.insert(1); 9     s.insert(12);10     s.insert(6);11     s.insert(8);12     13     set<int>::reverse_iterator it;//定義反向迭代器 14     for(it=s.rbegin();it!=rend();it++){//反向遍曆 15         cout<<*it<<" ";16     }17     cout<<endl;18     return 0;19 }

運行結果

12 8 6 1

 

元素的刪除：

元素可以使用erase()來刪除某索引值的元素，也可以使用clear()來清空集合。

明天更，哈哈

set集合容器