STL 筆記（五） 演算法 algorithm

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在 STL 中，演算法是一系列的函數模版。STL 提供了大概 70 個演算法，由標頭檔 <algorithm>、<numeric>、<functional>組成。

• 標頭檔 <algorithm>  是最大的一個，裡面常用到的功能有：尋找、排序、修改、移除、交換、合并等；
• 標頭檔 <numeric>  較小，主要包括數序運算的函數模版；
• 標頭檔 <functional>  中則定義了一些類模版，來聲明函數對象；

演算法的分類：

• 演算法按其實現的功能可分為 8 類：尋找、排序、數值計算、比較、集合、容器管理、統計和對操作。
• 演算法按對容器的影響可分為 4 類：非修正、修正、排序、數值計算。

非修正演算法非修正即不對容器中元素做修改，是唯讀操作。如：find()、count()、equal()、for_each()、search()等。具體如下：

adjacent_find     #尋找相同的相鄰元素 反悔第一個元素的迭代器find              #尋找元素 還有find系列尋找函數find_first_offind_endfind_last_ofcount             #統計相同元素的個數count_ifmismatch          #返回 pair<第一個序列的迭代器，第二個序列的迭代器> 表明第一處不相符合的位置equal             #比較容器中的元素是否相同for_each          #常用，遍曆序列並對序列中每個元素採用仿函數中定義的操作search            #返回迭代器，第一次出現序列2或者某元素的位置search_n          #前n次連續出現某元素或者合格第一個位置

修正演算法

修正演算法即對容器中元素做修改，需要寫操作。如：copy()、remove()、reverse()、swap()、unique()等。具體如下：

copy                #複製元素到目的容器copy_backward       #從後往前複製fill                #用某元素填充容器fill_ngenerate            #把仿函數產生的結果依次複製到容器中generate_npartition           #以仿函數為標準，把容器分成前後兩部分，前半部分是能使仿函數返回真的元素，後半返回假stable_partitionrandom_shuffle      #對容器中的元素進行隨機排列remove              #刪除某一範圍內的元素，注意：移除的元素被放到容器末尾，還是可以用迭代器遍曆到，函數返回移除後容器的末尾remove_iferase               #擦除區間內所有的元素replace             #在規定區間內把某值換成新值replace_ifreplace_copy        #把區間內元素複製到目的地並且把其中某些元素替換成新值replace_copy_ifrotate              #把middle-end的元素放到first的位置上rotate_copyswap                #元素的交換swap_rangestransform           #把元素按照仿函數中內容轉換unique              #保證相鄰元素間沒有相同的，可以加仿函數做為判斷依據，返回最後一個位置的迭代器unique_copy

排序演算法排序需要移動元素，所以需要用到隨機訪問迭代器 RadomAccessIterator，並且指定 [begin,end) 這個排序的前開後閉區間，且按照需要可自己定義比較函數做參數傳入。

常見容器的排序

• vector 和 deque，還有數組，支援隨機存取，可以用 algorithm 中的排序；
• list 容器是雙向鏈表，不支援隨機訪問迭代器，內建了一種穩定排序方法，用的是自底向上的歸併排序；
• map 和 set 底層是紅/黑樹狀結構，本身就是有序儲存；

常用的排序函數

sort                    #對給定區間所有元素進行排序，用的是快排stable_sort             #穩定排序，保證值相等的元素排序後相對位置不變，用歸併排序實現partial_sort            #部分排序，保證前n個值有序並且後面的值不在前n個值的範圍內，但後面的值不保證有序，堆排序實現partial_sort_copy       #對給定區間複製並排序nth_element             #把第n個元素放到第n個位置上去，比他大的都在後，比他小的都在前，但各自都不保證有序is_sorted               #判斷一個區間是否已經排好序partition               #使得符合某個條件的元素放在前面stable_partition        #相對穩定的使得符合某個條件的元素放在前面

常用的比較函數

less              #小於（預設比較函數）greater           #大於equal_to          #等於less_equal        #小於等於greater_equal     #大於等於

自訂比較大小

使用時不能直接寫入仿函數的名字，而是要寫其重載的()函數，如 less<int>()。下面是 stl 中的 less 的部分源碼：

template <class _Tp>struct less : public binary_function<_Tp,_Tp,bool>{  bool operator()(const _Tp& __x, const _Tp& __y) const { return __x < __y; }};

對於基礎資料型別 (Elementary Data Type)和string 可以使用 stl 中現成的函數模版，對於自己定義的類，可以通過自己寫比較函數或重載 < 操作符來實現。其中，重載 < 運算子相當於間接的用到了內建的 less  

小例子

#include <iostream>#include <vector>#include <algorithm>using namespace std;class Test {public:    Test(int a):a(a){};    int a;    bool operator <(const Test &k) const {        return a < k.a;    }};int main(){    vector<Test> a;    a.push_back(Test(2));    a.push_back(Test(3));    a.push_back(Test(1));    vector<Test>::iterator iter;    sort(a.begin(), a.end());    for(iter = a.begin(); iter != a.end(); ++iter){        cout<< iter->a <<" ";    }  // 輸出排序後：1 2 3}

數值計算數值計算函數

數值計算演算法主要針對容器中元素，如 accumulate()、inner_product()、partial_sum()、adjacent_difference()和一些推廣的數值演算法。具體：

accumulate          #遍曆求和，也可以用仿函數求其他數值inner_product       #內積，相應位置相乘再相加partial_sum         #部分元素之和，把結果放到後一容器中，後一容器的第n個元素師前一容器的前n個容器元素之和adjacent_difference #相鄰元素之差，把結果放到後一容器中

小例子

#include <iostream>#include <functional>#include <numeric>#include <vector>using namespace std;int main() {    int a[3] = { 2, 2, 3 };    int re = accumulate(a, a + 3, 0);    cout << re << endl;    // 7, 累加    vector<int> b;    b.push_back(2);    b.push_back(2);    b.push_back(3);    int re1 = accumulate(b.begin(), b.end(), 0, plus<int>());    cout << re1 << endl;  // 7, 累加    int re2 = accumulate(b.begin(), b.end(), 1, multiplies<int>());    cout << re2;          // 12, 累乘}

有序容器、堆、集合

binary_search    #二分法搜尋，在有序容器中提高搜尋速度lower_bound      #返回第一次出現該元素的位置upper_bound      #返回最後一次出現該元素的後一位置equal_range      #返回pair<lower_bound,upper_bound>inplace_merge    #將連貫有序序列合并merge            #合并兩個容器includes         #判斷某區間內所有的元素是否在另一區間中#堆操作push_heappop_heapsort_heapmake_heap#集合操作set_intersectionset_differenceset_symmetric_difference#最值min                       #最小max                       #最大min_element               #最小位置的迭代器max_element               #最大位置的迭代器lexicograplical_compare   #範圍內的字典序比較，前後序列的比較next_permutation prev_permutation   #上一個/下一個全排列

STL 筆記（五） 演算法 algorithm