C++算法与泛型算法（algorithm、numeric）

2023-07-31 23:02:04 90

本文包括的算法有：

只读算法：find()、count()、accumulate()、equal()
写算法：fill()、fill_n()、back_inserter()、copy()、copy_backward()、replace()、replace_copy()、next_permutation()、prev_permutation()
重排元素算法：sort()、stable_sort()、unique()

一、算法简介

大多数算法在头文件algorithm中。标准库还在头文件numeric中定义了一组数值泛型算法
算法是如何工作的：

迭代器令算法不依赖于容器类型：算法不依赖于容器所保存的元素类型。只要有一个迭代器可以来访问元素，就可以进行运算
但算法依赖于元素类型的操作：虽然迭代器令算法不依赖于容器类型，但大多数算法都是用了一个（多个）元素类型上的操作。例如find用元素类型的==运算符完成每个元素与给定值的比较。其他算法可能要求元素类型支持“<”运算符。不过，我们将看到，大多数算法提供了一种方法，允许我们使用自定义的操作来替代默认的运算符

二、泛型算法

标准库提供了超过100个算法，这些算法都对一个范围内的元素来进行操作
算法基本上分为3类：是否读取元素、改变元素、重排元素顺序

三、只读算法

只可以操作容器元素，不可以改变容器内的值
因为是只读，所以建议使用只读迭代器（cbegin()、cend()）

find()

功能：遍历一个范围中是否包含某元素
参数：前2个参数是一个迭代器范围或者指针范围。第3个参数是要查找的元素
返回值：成功返回要查找的元素所在的迭代器。失败返回参数2

//判断value在vec中是否存在，因为find如果失败返回的是参数2.所以可以用来判断是否查找成功

vectorvec{1,2,3};
intvalue=2;
autoresult=find(vec.cbegin(),vec.cend(),value);
cout<<"Thevalue"<
vectorvec{"A","B","C"};
autoresult=find(vec.cbegin(),vec.cend(),"B");
cout<<"TheB"<<(result==vec.cend()
?"isnotpresent":"ispresent")<
对数组的操作：可以用内置函数begin()、end()作为数组的迭代器，也可以用指针作为迭代器
intarr[]={1,2,3,4,5};
intval=4;
int*result=find(begin(arr),end(arr),val);
if(result!=end(arr)){
cout<<"findsucccess,valueis："<<*result<
intarr[]={1,2,3,4,5};
intvalue=3;
autoresult=find(arr+1,arr+3,value);
cout<<"Thevalue"<
count()

功能：返回元素在指定迭代器范围内出现的次数
返回值：成功返回出现的次数，没有返回0

listli{1,2,3,66,66,66,100};
cout<<"The66countis："
	<
accumulate()

头文件：numeric
功能：将指定范围内的元素进行和运算，参数3为和运算的初始值
返回值：返回和运算的结果
注意：此函数操作的元素必须能够与+运算符进行操作

//计算li元素的和，和的初始值为0
listli{1,2,3};
cout<<"Thesumis："<
使用string时，必须显示地调用，不能够直接使用字符串，因为这样会被accumulate函数认为是一个constchar*对象而出错
//正确
istli{"A","B","C"};
cout<
//错误
listli{"A","B","C"};
cout<
//正确
listli{"A","B","C"};
strings="String：";
cout<
附加：如果想要进行别的运行，例如乘、除等，可以使用参数4.例如下面是对一个数组内的元素进行乘操作（备注：初始化不要填0，否则结果就为0）
int*p=newint[4]{1,2,3,4};
cout<())<
equal()

功能：用来比较两个指定范围内的元素是否都是相同的值（常来比较两个元素是否相同）
参数：参数1和参数2指定一个容器的范围。参数3指定另一个容器的开始范围
比较规则：将参数1和2指定的范围内的所有元素，查看这些元素是否与参数3所指定的另一个容器的开始处是否都存在（不一定要个数都相同，只要容器1的元素在容器2中都要一一对应）
返回值：都相同返回1。不相同返回0
因为equal调用迭代器完成操作，所以equal可以用来比较两个不同类型的容器。例如vector和list可以进行比较



vectorvec1{1,2};
vectorvec2{1,2,3};
vectorvec3{1,2,3,4};
vectorvec4{1,2,3,4};

cout<
vectorvec1{2,3};
vectorvec2{1,2,3,4};

cout<
vectorvec1{"A","B"};
vectorvec2{"B"};
vectorvec3{"A","B","C"};

cout<
四、写算法
可以读写容器内的元素，但不可以改变容器的大小。因此操作时要注意容器的大小（例如不能对空容器操作）
因为会改变值，所以不能使用只读迭代器（cbegin()、cend()）
fill()

用来改变指定位置处的元素
参数：参数1、2指定容器的范围，参数3位要设置的值

vectorvec{1,2,3,4,5};
fill(vec.begin(),vec.end(),0);//将vec全部置为0
for(autov=vec.cbegin();v!=vec.cend();v++)
	cout<<*v<
vectorvec{1,2,3,4,5,6};
fill(vec.begin(),vec.begin()+vec.size()/2,66);//将vec的前半部分元素变为66

for(autov=vec.cbegin();v!=vec.cend();v++)
	cout<<*v<
fill_n()

用来将指定数量的元素变为某个值
参数：参数1为迭代器起始位置。参数2为要改变的元素个数。参数3为要设定的值
注意：要注意参数2的设定，不能超出容器的大小，也不能对空容器操作

vectorvec{1,2,3,4,5,6};

fill_n(vec.begin(),3,66);//将vec的前3个元素变为66
for(autov=vec.cbegin();v!=vec.cend();v++)
	cout<<*v<
//下面代码不会出错，但是也不会有效果，因为vec是空向量

vectorvec;
fill_n(vec.begin(),vec.size(),66);
for(autov=vec.cbegin();v!=vec.cend();v++)//不打印任何信息
	cout<<*v<
back_inserter()

又名插入迭代器
参数：为一个容器的引用
返回值：返回与该容器绑定的插入迭代器
功能：常用来返回一个容器的迭代器，然后对此迭代器进行操作
当我们通过返回的插入迭代器赋值时，会自动调用push_back将一个具有给定值的元素添加到容器中
头文件iterator



vectorvec;//空容器

autoit=back_inserter(vec);//返回vec的第一个迭代器
*it=42;//此时vec有了一个元素，值为42
现在我们可以使用fill_n来给一个空容器赋值：在每次迭代中，back_inserter返回迭代器，因此每次赋值都会在vec上调用push_back，因此fill_n就能够操作了。下面是在vec的末尾添加10个新的元素
vectorvec;
fill_n(back_inserter(vec),10,0);//通过back_inserter创建一个插入迭代器，然后可以向vec添加元素了
for(autov=vec.cbegin();v!=vec.cend();v++)//打印10个0
	cout<<*v<
copy()

将参数1、2指定范围的元素拷贝给参数3指定的容器
参数：参数1、2为一个容器的范围。参数3要接受拷贝的容器起始位置
注意：参数3要有足够的空间保存拷贝的数据
返回值：返回拷贝目的位置的迭代器值

intarr1[]={1,2,3};
intarr2[sizeof(arr1)/sizeof(*arr1)];

autoret=copy(begin(arr1),end(arr1),arr2);//将数组1拷贝给数组2。ret为arr2数组最后元素的下一个位置

for(autoi=0;i
copy_backward

该函数与copy的不同之处在于：

copy是从第一个元素开始拷贝，而copy_backward是从最后一个元素开始拷贝
copy的第3个参数是接受拷贝的容器起始位置，而copy_backward是目的序列的结束迭代器


会复制前两个迭代器参数指定的序列。第三个参数是目的序列的结束迭代器




replace()

将指定范围内指定的元素替换为另一个值
参数：1、2指定替换的范围。3：目标值，4：替换后的值



vectorvec{1,0,0,0,5};
replace(vec.begin(),vec.end(),0,66);//将vec中为0的全部替换为66

for(autov=vec.cbegin();v!=vec.cend();v++){
	cout<<*v<
replace_copy()

此函数会保留原容器不变，然后将替换后的结果保存在另一个容器中
参数：参数12位要替换的范围。参数3位另一个容器的起始位置。参数4目标值。参数5替换后的值



vectorvec{1,0,0,0,5};
vectorvec2;

replace_copy(vec.begin(),vec.end(),back_inserter(vec2),0,66);//vec的元素保持不变，vec2为替换后的值
	
for(autov=vec2.cbegin();v!=vec2.cend();v++){
cout<<*v<
next_permutation()

功能：对一个迭代区间的数值进行全排列
返回值：会根据前面next_permutation函数的调用，当操作的区间不存在下一个排列时，函数返回false；否则如果可以继续进行全排列，那么就返回true

//函数原型
#include
boolnext_permutation(iteratorstart,iteratorend)
演示案例：下面的程序每调用一次next_permutation就会对我们制定的迭代区间进行一次排列，直到得出全部排列之后，返回false
int*p=newint[3]{1,2,3};
do{
for(inti=0;i<3;++i){
cout<

prev_permutation()

与next_permutation的功能显示，区别就是prev_permutation是求当前排列的前一个排列，而next_permutation是求当前排列的下一个排列

五、重排元素算法
sort()、unqie()、stable_sort()
因为会改变值，所以不能使用只读迭代器（cbegin()、cend()）
sort()

将容器内的元素按照运算符“<”的规则排序，从小到大
参数：一个容器的迭代器范围



vectorvec{1,4,2,8,4,1};
sort(vec.begin(),vec.end());//将vec的值从小到大排序

for(autov=vec.cbegin();v!=vec.cend();v++){
cout<<*v<
unique()

相邻之间如果有重复相同的元素，则删除重复的元素只保留一个
参数：一个容器的迭代器范围
返回值：返回删除重复元素之后的最后一个元素的后一个位置
注意（重点）：虽然删除了元素，但是容器的大小依然没有变，迭代器也没有变。所有变为迭代器时一定要注意


vectorvec{1,1,2,3,4,4,4,5,1};
autoend_unique=unique(vec.begin(),vec.end());

//for循环时使用unique的返回值，如果使用vec.cend()，那么会打印后面没有元素位置的乱值
for(autov=vec.cbegin();v!=end_unique;v++){
	cout<<*v<
stable_sort()

也是排序
如果非字符串，就先按照数值的个数排序，个数相同时再按照大小排序
如果是字符串：按照长度排序，长度相同的按照字典排序

vectorvec{1,10,2,100,4,1};
stable_sort(vec.begin(),vec.end());

//1,1,2,4,10,100
for(autov=vec.cbegin();v!=vec.cend();v++){
cout<<*v<
六、向算法传递函数和lambda表达式
注意事项：
向算法传递函数或者lambda表达式时要注意。该算法支持调用一元谓词（参数）还是多元谓词（参数）
例如：find_if的第3个参数传递的函数/lambda只接受一个参数，如果是两个参数的函数或lambda，那么就不能调用（后面会介绍bind函数解决这个问题）
sort()
boolisMin(constint&s1,constint&s2){
returns1s2;
}

vectorvec{1,2,3,4,5};
sort(vec.begin(),vec.end(),isMin);//从小到大排序
sort(vec.begin(),vec.end(),isMax);//从大到小排序

//使用lambda表达式
sort(vec.begin(),vec.end(),
[](constint&a,constint&b){returnab;});//从大到小排序
stable_sort()

//按照长度排序，长度相同的按照字典排序
boolisShorter(conststring&s1,conststring&s2){
	returns1.size()vec{"fox","jumps","over","quick","res","slow","the","turtle"};
stable_sort(vec.begin(),vec.end(),isShorter);

for(autov=vec.cbegin();v!=vec.cend();v++){
	cout<<*v<
find_if()

用来在指定范围内查找比指定值大/下的元素
如果是大于（那么就是最大的那个）。如果是小于（那么就是比他小一个的那个）
参数3：为一个函数指针或者lambda表达式
返回值：存在就返回这个值，不存在返回尾迭代器

vectorvec{1,2,3,4,5};
intsz=4;

//在vec中寻找比sz大的数
autowc=find_if(vec.begin(),vec.end(),
[sz](constint&a){returna>sz;});//查找比sz大的
autowc2=find_if(vec.begin(),vec.end(),
		[sz](constint&a){returna
for_each()

用来遍历一个集合
参数：参数12是一个容器的迭代器范围。参数3lambda表达式



vectorvec{1,2,3,4,5};

for_each(vec.begin(),vec.end(),
[](constint&s){cout<
vectorvec{"ABC","AB","A","sd"};

for_each(vec.begin(),vec.end(),
[](conststring&s){cout<
transform()

参数：参数12为输入序列。参数3为目的位置
该算法对输入序列中每个元素调用课调用对象，并将结果写到目的位置
下面使用transform算法和一个lambda表达式来将vector中的每个负数替换为绝对值。因为参数3位vec.begin()，所以就是将vec的全部元素取绝对值然后再写入vec的开头



vectorvec{-1,-2,-3,4};
//将vec的数全部取绝对值
transform(vec.begin(),vec.end(),vec.begin(),
		[](inti){returni<0?-i:i;});

for(autov=vec.begin();v!=vec.end();++v)
	cout<<*v<
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C++算法与泛型算法（algorithm、numeric）

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