C++学习笔记总结：算法

算法

参考文献

• C++进阶：STL算法总结
• C++标准库STL算法

1 泛型算法概览

说明

• 容器的迭代器使得算法不依赖于容器。但算法依赖于元素类型的操作。
• 标准库仅仅提供了100多个算法

头文件

头文件	功能
<algorithm>	算法函数
<numeric>	数值算法
<functional>	函数对象/仿函数

分类

No.	分类
1	非可变序列算法Non-modifying sequence operations(不直接修改容器内容的算法。)
2	可变序列算法Modifying sequence operations(可以修改容器内容的算法。)
3	排序算法Sorting/Partitions/Binary search/(对序列排序、合并、搜索算法操作。)
4	数值算法Merge/Heap/Min/max(对容器内容进行数值计算。)

参数说明

参数	说明
beg	开始迭代器
end	终止迭代器
val	值
n	整数
func	操作函数。用于操作。
pred	==比较函数。返回true/false。用于搜索。
cmp	大小比较函数,返回true/false。用于排序。
binary	判断函数,返回true/false。用于判断。

1.1 基础算法（遍历算法）

检查

• 检查谓词是否对范围中所有、任一或无元素为 true

函数	作用
all_of(beg,end,binary)	检查所有的元素是否满足binary
any_of(beg,end,binary)	检查任意的元素是否满足binary
none_of(beg,end,binary)	检查没有元素满足binary

遍历变换

函数	作用
for_each(beg,end,func)	将[beg,end)范围内所有元素依次调用函数func，返回func。可以使用func修改序列中的元素。但必须传递引用参数
transform(beg,end,res,func)	将[beg,end)范围内所有元素依次调用函数unary，结果放入res中。
transform(beg1,end1,beg2,res,binary)	将[beg,end)范围内所有元素与[beg2,beg2+end-beg)中所有元素依次调用函数binary，结果放入res中。

最大最小

函数	作用
max(a,b)	返回两个元素中较大一个。
max(a,b,cmp)	使用自定义比较操作cmp,返回两个元素中较大一个。
max_element(beg,end)	返回一个ForwardIterator，指出[beg,end)中最大的元素。
max_element(beg,end,cmp)	使用自定义比较操作cmp,返回一个ForwardIterator，指出[beg,end)中最大的元素。
min(a,b)	返回两个元素中较小一个。
min(a,b,cmp)	使用自定义比较操作cmp,返回两个元素中较小一个。
min_element(beg,end)	返回一个ForwardIterator，指出[beg,end)中最小的元素。
min_element(beg,end,cmp)	使用自定义比较操作cmp,返回一个ForwardIterator，指出[beg,end)中最小的元素。
minmax(beg,end)	返回一个pair，包含最小最大值
minmax(beg,end,cmp)	自定义比较函数
minmax_element(beg,end)	返回一个pair，包含最大最小值的位置
minmax_element(beg,end,cmp)	自定义比较函数

1.2 排序算法（12个）

排序

函数	作用
sort(beg,end)	默认升序重新排列元素
sort(beg,end,comp)	使用函数comp代替比较操作符执行sort()。排序sort使用快排进行排序。排序过程中的cmp表示是否将第一个参数移到第二个参数之前。如果是true则会发生移动。如果不是true则不会发生移动。
partition(beg,end,pred)	元素重新排序，使用pred函数，把结果为true的元素放在结果为false的元素之前。
stable_sort(beg,end)	与sort()类似，保留相等元素之间的顺序关系。
stable_sort(beg,end,pred)	使用函数pred代替比较操作符执行stable_sort()。
stable_partition(beg,end)	与partition()类似，保留容器中的相对顺序。
stable_partition(beg,end,pred)	使用函数pred代替比较操作符执行stable_partition()。
partial_sort(beg,mid,end)	部分排序，被排序元素个数放到[beg,end)内。
partial_sort(beg,mid,end,comp)	使用函数comp代替比较操作符执行partial_sort()。
partial_sort_copy (beg1,end1,beg2,end2)	与partial_sort()类似，只是将[beg1,end1)排序的序列复制到[beg2,end2)。
partial_sort_copy (beg1,end1,beg2,end2,comp)	使用函数comp代替比较操作符执行partial_sort_copy()。
nth_element(beg,nth,end)	单个元素序列重新排序，使所有小于第n个元素的元素都出现在它前面，而大于它的都出现在后面。
nth_element(beg,nth,end,comp)	使用函数comp代替比较操作符执行nth_element()。

反转

函数	作用
reverse(beg,end)	元素重新反序排序。
reverse_copy(beg,end,res)	与reverse()类似，结果写入res。
rotate(beg,mid,end)	元素移到容器末尾，由mid成为容器第一个元素。
rotate_copy(beg,mid,end,res)	与rotate()类似，结果写入res

随机

函数	作用
random_shuffle(beg,end)	元素随机调整次序。
random_shuffle(beg,end,gen)	使用函数gen代替随机生成函数执行random_shuffle()。

1.3 查找算法（13个）

判断容器中是否包含某个值

统计

函数	作用
count(beg,end,val)	利用==操作符，对[beg,end)的元素与val进行比较，返回相等元素个数。
count_if(beg,end,pred)	使用函数pred代替==操作符执行count()。

查找(查找某个值)

函数	作用
find(beg,end,val)	利用==操作符，对[beg,end)的元素与val进行比较。当匹配时结束搜索，返回该元素的InputIterator。
find_if(beg,end,pred)	使用函数pred代替==操作符执行find()。
find_first_of(beg1,end1,beg2,end2)	在[beg1,end1)范围内查找[beg2,end2)中任意一个元素的第一次出现。返回该元素的Iterator。
find_first_of(beg1,end1,beg2,end2,pred)	使用函数pred代替==操作符执行find_first_of()。返回该元素的Iterator。
find_end(beg1,end1,beg2,end2)	在[beg1,end1)范围内查找[beg2,end2)最后一次出现。找到则返回最后一对的第一个ForwardIterator，否则返回end1。
find_end(beg1,end1,beg2,end2,pred)	使用函数pred代替==操作符执行find_end()。返回该元素的Iterator。
adjacent_find(beg,end)	对[beg,end)的元素，查找一对相邻重复元素，找到则返回指向这对元素的第一个元素的ForwardIterator。否则返回end。
adjacent_find(beg,end,pred)	使用函数pred代替==操作符执行adjacent_find()。

搜索（搜索某个序列）

函数	作用
search(beg1,end1,beg2,end2)	在[beg1,end1)范围内查找[beg2,end2)首一次出现，返回一个ForwardIterator，查找成功,返回[beg1,end1)内第一次出现[beg2,end2)的位置，查找失败指向end1。
search(beg1,end1,beg2,end2,pred)	使用函数pred代替==操作符执行search()。
search_n(beg,end,n,val)	在[beg,end)范围内查找val出现n次的子序列
search_n(beg,end,n,val,pred)	使用函数pred代替==操作符执行search_n()。
binary_search(beg,end,val)	在[beg,end)中查找val，找到返回true。
binary_search(beg,end,val,comp)	使用函数comp代替比较操作符执行binary_search()。

边界

函数	作用
lower_bound(beg,end,val)	在[beg,end)范围内的可以插入val而不破坏容器顺序的第一个位置，返回一个ForwardIterator。
lower_bound(beg,end,val,comp)	使用函数comp代替比较操作符执行lower_bound()。
upper_bound(beg,end,val)	在[beg,end)范围内插入val而不破坏容器顺序的最后一个位置，该位置标志一个大于val的值，返回一个ForwardIterator。
upper_bound(beg,end,val,comp)	使用函数comp代替比较操作符执行upper_bound()。
equal_range(beg,end,val)	返回一对iterator，第一个表示lower_bound，第二个表示upper_bound。
equal_range(beg,end,val,comp)	使用函数comp代替比较操作符执行lower_bound()。

1.4 填充复制移除替换算法19个

填充

函数	作用
fill(beg,end,val)	将值val赋给[beg,end)范围内的所有元素。
fill_n(beg,n,val)	将值val赋给[beg,beg+n)范围内的所有元素。
generate(beg,end,func)	连续调用函数func填充[beg,end)范围内的所有元素。
generate_n(beg,n,func)	连续调用函数func填充[beg,beg+n)范围内的所有元素。

复制

函数	作用
copy(beg,end,res)	复制[beg,end)到res
copy_backward(beg,end,res)	与copy()相同，不过元素是以相反顺序被拷贝。

移除

函数	作用
remove(beg,end,val)	删除[beg,end)内所有等于val的元素。注意，该函数不是真正删除函数。
remove_if(beg,end,pred)	删除[beg,end)内pred结果为true的元素。
remove_copy(beg,end,res,val)	将所有不等于val元素复制到res，返回OutputIterator指向被拷贝的末元素的下一个位置。
remove_copy_if(beg,end,res,pred)	将所有使pred结果为true的元素拷贝到res。

替换

函数	作用
replace(beg,end,oval,nval)	将[beg,end)内所有等于oval的元素都用nval代替。
replace_copy(beg,end,res,oval,nval)	与replace()类似，不过将结果写入res。
replace_if(beg,end,pred,nval)	将[beg,end)内所有pred为true的元素用nval代替。
replace_copy_if(beg,end,res,pred,nval)	与replace_if()，不过将结果写入res。

去重

函数	作用
unique(beg,end)	清除序列中相邻重复元素，不能真正删除元素。重载版本使用自定义比较操作。
unique(beg,end,pred)	将所有使pred结果为true的相邻重复元素去重。
unique_copy(beg,end,res)	与unique类似，不过把结果输出到res。
unique_copy(beg,end,res,pred)	与unique类似，不过把结果输出到res。

交换

函数	作用
swap(a,b)	交换存储在a与b中的值。
swap_range(beg1,end1,beg2)	将[beg1,end1)内的元素[beg2,beg2+beg1-end1)元素值进行交换。
iter_swap(it_a,it_b)	交换两个ForwardIterator的值。

1.5 算术算法（4个）

#inlcude<numeric>

函数	作用
accumulate(beg,end,val)	对[beg,end)内元素之和，加到初始值val上。
accumulate(beg,end,val,binary)	将函数binary代替加法运算，执行accumulate()。
partial_sum(beg,end,res)	将[beg,end)内该位置前所有元素之和放进res中。
partial_sum(beg,end,res,binary)	将函数binary代替加法运算，执行partial_sum()。
adjacent_difference(beg1,end1,res)	将[beg,end)内每个新值代表当前元素与上一个元素的差放进res中。
adjacent_difference(beg1,end1,res,binary)	将函数binary代替减法运算，执行adjacent_difference()。
inner_product(beg1,end1,beg2,val)	对两个序列做内积(对应元素相乘，再求和)并将内积加到初始值val上。
inner_product(beg1,end1,beg2,val,binary1,binary2)	将函数binary1代替加法运算,将binary2代替乘法运算，执行inner_product()。

1.6 关系算法（4个）

函数	作用
equal(beg1,end1,beg2)	判断[beg1,end1)与[beg2,end2)内元素都相等
equal(beg1,end1,beg2,pred)	使用pred函数代替默认的==操作符。
includes(beg1,end1,beg2,end2)	判断[beg1,end1)是否包含[beg2,end2)，使用底层元素的<操作符，成功返回true。重载版本使用用户输入的函数。
includes(beg1,end1,beg2,end2,comp)	将函数comp代替<操作符，执行includes()。
lexicographical_compare(beg1,end1,beg2,end2)	按字典序判断[beg1,end1)是否小于[beg2,end2)
lexicographical_compare(beg1,end1,beg2,end2,comp)	将函数comp代替<操作符，执行lexicographical_compare()。
mismatch(beg1,end1,beg2)	并行比较[beg1,end1)与[beg2,end2)，指出第一个不匹配的位置，返回一对iterator，标志第一个不匹配元素位置。如果都匹配，返回每个容器的end。
mismatch(beg1,end1,beg2,pred)	使用pred函数代替默认的==操作符。

1.7 集合算法（6个）

函数	作用
merge(beg1,end1,beg2,end2,res)	合并[beg1,end1)与[beg2,end2)存放到res。
merge(beg1,end1,beg2,end2,res,comp)	将函数comp代替<操作符，执行merge()。
inplace_merge(beg,mid,end)	合并[beg,mid)与[mid,end)，结果覆盖[beg,end)。
inplace_merge(beg,mid,end,cmp)	将函数comp代替<操作符，执行inplace_merge()。
set_union(beg1,end1,beg2,end2,res)	取[beg1,end1)与[beg2,end2)元素并集存放到res。
set_union(beg1,end1,beg2,end2,res,comp)	将函数comp代替<操作符，执行set_union()。
set_intersection(beg1,end1,beg2,end2,res)	取[beg1,end1)与[beg2,end2)元素交集存放到res。
set_intersection(beg1,end1,beg2,end2,res,comp)	将函数comp代替<操作符，执行set_intersection()。
set_difference(beg1,end1,beg2,end2,res)	取[beg1,end1)与[beg2,end2)元素内差集存放到res。
set_difference(beg1,end1,beg2,end2,res,comp)	将函数comp代替<操作符，执行set_difference()。
set_symmetric_difference(beg1,end1,beg2,end2,res)	取[beg1,end1)与[beg2,end2)元素外差集存放到res。

1.8 排序组合算法（两个）

函数	作用
next_permutation(beg,end)	取出[beg,end)内的下移一个排列。
next_permutation(beg,end,comp)	将函数comp代替<操作符，执行next_permutation()。
prev_permutation(beg,end)	取出[beg,end)内的上移一个排列。
prev_permutation(beg,end,comp)	将函数comp代替<操作符，执行prev_permutation()。

1.9 堆算法（4个）

函数	作用
is_heap(beg,end[,comp])	检查给定范围是否为一个最大堆
is_heap_until(beg,end[,comp])	查找能成为最大堆的最大子范围
make_heap(beg,end)	把[beg,end)内的元素生成一个堆。
make_heap(beg,end,comp)	将函数comp代替<操作符，执行make_heap()。
push_heap(beg,end)	假设first到last-1是一个有效堆，要被加入到堆的元素存放在位置last-1，重新生成堆。在指向该函数前，必须先把元素插入容器后。
push_heap(beg,end,comp)	将函数comp代替<操作符，执行push_heap()。
pop_heap(beg,end)	重新排序堆。它把first和last-1交换，然后重新生成一个堆。可使用容器的back来访问被"弹出"的元素或者使用pop_back进行真正的删除。并不真正把最大元素从堆中弹出。
pop_heap(beg,end,comp)	将函数comp代替<操作符，执行pop_heap()。
sort_heap(beg,end)	对[beg,end)内的序列重新排序。
sort_heap(beg,end,comp)	将函数comp代替<操作符，执行push_heap()。

2 泛型算法的结构

五类迭代器

泛型算法只要能够提供五个迭代器类别，所有到的泛型算法都能够执行。每个算法都会对他的每个迭代器指明提供哪类迭代器。

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输入迭代器

• 可以读取序列中的元素
  • 比较两个迭代器的运算符==，!=
  • 推进迭代器前置或后置的递增运算符++
  • 用于读取元素的解引用运算符* ->

输出迭代器

• 可以向序列中写入元素
  • 用于推进迭代器前置和后置的递增运算
  • 用于写入的解引用运算符。只能是左值。

前向迭代器

• 只能沿一个方向运动

双向迭代器

• 可以正反两个方向运动。支持++和–

随机访问迭代器

• 常量时间内随机访问序列中任意元素的能力。下标访问。
  • 用于比较迭代器相对位置的关系运算符< > <= >=，基于随机访问能力。
  • 迭代器和一个整数值的加减运算 + += - -=
  • 用于计算迭代器距离的运算符-。基于随机访问能力
  • 下标运算符[]。提供随机访问能力

算法的形参模式

• 必然是一下四中形式之一
  • 接受单个目标迭代器的算法
  • 接受第二个输入序列的算法

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算法的命名规范

• 算法有多个重载版本
• _if结尾多加一个谓词。可以传递一个函数。
• _copy结尾，表示多加一个序列用来拷贝结果。

3 特定容器算法

list和forward_list的特定算法

• 成员函数中的算法

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-snAg7FAo-1690858068466)(image/2021-03-06-15-27-21.png)]

• splice算法

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-wJ2vAn9Q-1690858068467)(image/2021-03-06-15-28-46.png)]