STL组件之算法(STL核心组件解析：深入理解算法应用)

原创

ithorizon 6个月前 (10-20) 阅读数 16 #后端开发

STL组件之算法：STL核心组件解析——深入领会算法应用

一、引言

STL（Standard Template Library，标准模板库）是C++语言中一个非常重要的库，它为程序员提供了一系列模板化的数据结构和算法，让编程工作更加高效、简洁。在STL中，算法是核心组件之一，它为各种数据结构提供了充裕的操作接口。本文将深入解析STL算法的应用，帮助读者更好地领会和运用STL。

二、STL算法概述

STL算法关键分为以下几类：

非修改序列操作

修改序列操作

排序和搜索

数值算法

分区算法

排列组合算法

三、非修改序列操作

非修改序列操作关键包括遍历、查找、比较等算法。以下是一些常见的非修改序列操作算法：

for_each：遍历容器中的所有元素，并对每个元素执行特定操作。

find：在容器中查找指定元素。

count：统计容器中指定元素的出现次数。

minmax_element：查找容器中的最小和最大元素。


#include 
#include 
#include 
int main() {
    std::vector v = {1, 2, 3, 4, 5};
    
    // 遍历
    std::for_each(v.begin(), v.end(), [](int x) {
        std::cout << x << " ";
    });
    std::cout << std::endl;
    
    // 查找
    auto it = std::find(v.begin(), v.end(), 3);
    if (it != v.end()) {
        std::cout << "Found: " << *it << std::endl;
    }
    
    // 统计
    int count = std::count(v.begin(), v.end(), 2);
    std::cout << "Count: " << count << std::endl;
    
    // 查找最小和最大元素
    auto minmax = std::minmax_element(v.begin(), v.end());
    std::cout << "Min: " << *minmax.first << ", Max: " << *minmax.second << std::endl;
    
    return 0;
}

四、修改序列操作

修改序列操作关键包括插入、删除、替换等算法。以下是一些常见的修改序列操作算法：

copy：将一个序列的元素复制到另一个序列。

fill：用特定值填充容器。

replace：替换容器中指定的元素。

unique：删除容器中连续重复的元素。


#include 
#include 
#include 
int main() {
    std::vector v = {1, 2, 2, 3, 4, 4, 5};
    
    // 复制
    std::vector v_copy;
    std::copy(v.begin(), v.end(), std::back_inserter(v_copy));
    
    // 填充
    std::fill(v.begin(), v.end(), 0);
    
    // 替换
    std::replace(v.begin(), v.end(), 0, 1);
    
    // 删除连续重复元素
    std::unique(v.begin(), v.end());
    
    return 0;
}

五、排序和搜索

排序和搜索算法是STL中非常重要的一部分，关键包括排序、查找、合并等算法。以下是一些常见的排序和搜索算法：

sort：对容器进行排序。

binary_search：在已排序的容器中进行二分查找。

merge：合并两个已排序的容器。

inplace_merge：合并两个已排序的容器，不使用额外的存储空间。


#include 
#include 
#include 
int main() {
    std::vector v = {5, 2, 1, 4, 3};
    
    // 排序
    std::sort(v.begin(), v.end());
    
    // 二分查找
    if (std::binary_search(v.begin(), v.end(), 3)) {
        std::cout << "Found 3 in the vector." << std::endl;
    }
    
    // 合并两个已排序的容器
    std::vector v2 = {6, 7, 8};
    std::vector v_merge;
    std::merge(v.begin(), v.end(), v2.begin(), v2.end(), std::back_inserter(v_merge));
    
    // 不使用额外存储空间合并
    std::vector v3 = {1, 2, 3, 4, 5};
    std::vector v4 = {3, 4, 5, 6, 7};
    std::inplace_merge(v3.begin(), v3.end(), v4.begin(), v4.end());
    
    return 0;
}

六、数值算法

数值算法是STL中用于处理数值类型数据的算法，关键包括求和、累加、内积等算法。以下是一些常见的数值算法：

accumulate：对容器中的元素进行累加。

inner_product：计算两个容器的内积。

partial_sum：计算容器中元素的部分和。


#include 
#include 
#include 
int main() {
    std::vector v = {1, 2, 3, 4, 5};
    
    // 累加
    int sum = std::accumulate(v.begin(), v.end(), 0);
    
    // 内积
    std::vector v2 = {1, 2, 3, 4, 5};
    int dot_product = std::inner_product(v.begin(), v.end(), v2.begin(), 0);
    
    // 部分和
    std::vector partial_sum_v;
    std::partial_sum(v.begin(), v.end(), std::back_inserter(partial_sum_v));
    
    return 0;
}

七、分区算法

分区算法是一种将容器中的元素凭借特定条件进行划分的算法，关键包括稳定分区和不稳定分区两种。以下是一些常见的分区算法：

partition：凭借特定条件对容器进行分区。

stable_partition：稳定分区，保持相等元素的相对顺序。


#include 
#include 
#include 
bool is_odd(int x) {
    return x % 2 != 0;
}
int main() {
    std::vector v = {1, 2, 3, 4, 5};
    
    // 分区
    auto partition_point = std::partition(v.begin(), v.end(), is_odd);
    
    // 稳定分区
    std::stable_partition(v.begin(), v.end(), is_odd);
    
    return 0;
}

八、排列组合算法

排列组合算法关键用于生成序列的所有排列和组合。以下是一些常见的排列组合算法：

next_permutation：生成序列的下一个排列。

prev_permutation：生成序列的前一个排列。

next_combination：生成序列的下一个组合。

prev_combination：生成序列的前一个组合。


#include 
#include 
#include 
int main() {
    std::vector v = {1, 2, 3};
    
    // 排列
    std::sort(v.begin(), v.end());
    do {
        for (int x : v) {
            std::cout << x << " ";
        }
        std::cout << std::endl;
    } while (std::next_permutation(v.begin(), v.end()));
    
    // 组合
    std::vector v_comb(3);
    std::iota(v_comb.begin(), v_comb.end(), 1); // 初始化为1, 2, 3
    do {
        for (int x : v_comb) {
            std::cout << x << " ";
        }
        std::cout << std::endl;
    } while (std::next_combination(v_comb.begin(), v_comb.end(), v.begin(), v.end()));
    
    return 0;
}