算法竞赛100天第2天——STL IN C++(算法竞赛必备知识总结汇总)

简介: 算法竞赛100天第2天——STL IN C++(算法竞赛必备知识总结汇总)

前言:


我们在打比赛的时候为了方便通常会使用模板库,C++有STL标准模板库,Java对应的则是集合框架,C++比赛经常用容器,那么什么是容器呢?


容器是储存其他对象的对象。被储存的对象必须是同一类型。


只要是学过编程的兄弟都知道,这个定义后半句好像数组,确实,但是不尽相同。


分类:

容器分为两个部分,一是序列容器(是一种各元素之间有顺序关系的线性表,是一种线性结构的可序群集。顺序性容器中的每个元素均有固定的位置,除非用删除或插入的操作改变这个位置。顺序容器的元素排列次序与元素值无关,而是由元素添加到容器里的次序决定)(forword_list,list,queue,priority_queue,stack,deque,vector,array)。



另一个是关联容器(关联式容器是非线性的树结构,更准确的说是二叉树结构。各元素之间没有严格的物理上的顺序关系,也就是说元素在容器中并没有保存元素置入容器时的逻辑顺序。但是关联式容器提供了另一种根据元素特点排序的功能,这样迭代器就能根据元素的特点“顺序地”获取元素。元素是有序的集合,默认在插入的时候按升序排列(set,multiset,map,multimap)

序列容器

序列的要求:

X a(n,t)  //声明一个名为a的有n个t组成的序列
X(n,t)     //匿名序列(这里我们不做过多的解释)
X a(i,j)   //声明一个名为a的序列,并且初始化(i,j)
的内容
X(i,j)      //匿名序列
v.insert()   //由于insert重载方法比较多
   1.v.insert(p,t)//将t插到p的前面
   2.v.insert(p,n,t)//将n个t插入p之前
   3.v.insert(p,i.j)//将区间[i,j)的元素插入到p之前
v.erase(t,k)
   1.v.erase(t,k)//删除他们之间的元素
   2.v.erase(p)//删除p指向的元素
v.chear===v.erase(begin(),end());

1.vector

vector表示一段连续的内存,基于数组实现,他有自动的内存管理功能!


可以动态的改变vector的长度,并随着元素的增加与减小来自动改变数组大小,它提供了直接添加尾部元素或者删除元素的方法!

特点:

他可以反转序列,所以它可以反向遍历可反转序列!(基于他的rbegin,rend)

使用前要调用头文件

  #include<vector>
vector<int> v;//默认初始化
vector<int> v(v1);//用v1初始化v
vector<int> v(v1.begin(),v1.end());//用v1初始化v
vector<int> v(100);//定义一个大小为100的数组!
vector<int> v(100,1)//定义个全为1而且长度为190的数组

vector常用方法

a.front(),a.rbegin()      //首元素
a.back(),a.rend()         //末尾元素
v.push_back()             //增加元素
v.insert()                
   1.v.insert(p,t)        //将t插到p的前面
   2.v.insert(p,n,t)      //将n个t插入p之前
   3.v.insert(p,i.j)      //将区间[i,j)的元素插入到p之前
v.pop_back()              //删除
v.erase(t,k)
   1.v.erase(t,k)         //删除他们之间的元素
   2.v.erase(p)           //删除p指向的元素
v.clear===v.erase(begin(),end());//清空vector

vector遍历

//下标
int length = v.size();
for(int i=0;i<length;i++)
 {
    cout<<v[i];
 }
cout<<endl;
//迭代器
vector<int>::const_iterator iterator = v.begin();
 for(;iterator != v.end();iterator++)
{
     cout<<*iterator;
}

2、deque

双端队列,他的实现与vector类似,支持随机访问,但是它访问首元素的插入(push_front())与删除(pop_front())的时间是固定的!而且他的执行速度要比vector快很多!所以题目中有大量的操作发生在序列的起始位置与结尾处,我们就要考虑用deque!


头文件

#include<deque>

方法

只是比vector多了两个处理头的方法

d.push_front(1);
d.pop_front(1);

3、list

双向链表,list在链表中的任意一个位置插入与删除一个元素时间是固定的!但是他不能随机访问,优点是元素的快速插入与删除!从容器中插入与删除元素之后i,迭代器指向元素将不变,不会移动已有元素,只是修改链表信息。


头文件

#include<list>

方法

void sort()                  //使用<运算符对链表进行快速排序,时间复杂度O(NlogN)
void merge(list<T,Alloc>&x)  
//将x与调用链表合并,要求:两个链表必须要已经排好序!
//元素将保存在调用链表中,x为空,这个时间复杂度为线性!
void remove(const T &val)    //删除val的所有实例
void splice(iterator pos,list<T,Alloc>x)
//将链表x的内容加到pos的前面
void unique()     //去重(对list里面所有重复元素进行去重,然后再排序)
forward_list 容器以单链表的形式存储元素。
forward_list 的模板定义在头文件 forward_list 中。
fdrward_list 和 list 最主要的区别是:它不能反向遍历元素;只能从头到尾遍历。

想要深入了解forward_list的看这里C++ forward_list用法详解 (biancheng.net)

4、queue

这是一个配适器类,ostream_iterator就是一个配适器,让输出流能够使用迭代器接口,同样它实现了队列接口!它不仅不允许随机访问元素,而且还不能遍历队列!元素只能先进先出(FIFO).


方法:

bool empty()//判断是否为空
front()//队首元素的访问
back()//队尾元素的访问
push(x)//队尾插入x
pop()//删除队首元素

关联容器

它运用了键值对(value-key),与java类似的map,例如hashmap,有点在于他提供了利用key快速访问功能,它的底层结构应该是一种树来实现的,所以他才有如此快的查找速度,最简单的set,他的键值对类型是一致的,而且唯一,元素默认按升序排列。map他的键值对类型不同,键是唯一的,元素默认按键的升序排列。

m.lower_bound(k)//返回一个迭代器,指向键不小于 k 的第一个元素
m.upper_bound(k)//返回一个迭代器,指向键大于 k 的第一个元素
m.equal_range(k)//返回一个迭代器的 pair 对象。它的 first 成员等价于 m.lower_bound(k)。而 second 成员则等价于 m.upper_bound(k)

1、map

map 是键-值对的集合。map 类型通常可理解为关联数组:可使用键作为下标来获取一个值,正如内置数组类型一样。而关联的本质在于元素的值与某个特定的键相关联,而并非通过元素在数组中的位置来获取。

map<int,string> map1;    //默认为空
m.insert()
    1.m.insert(e)//e是一个用在m上的value_kry 类型的值。如果键(e.first不在m中,则插入一个值为e.second 的新元素;如果该键在m中已存在,则保持m不变。该函数返回一个pair类型对象,包含指向键为e.first的元素的map迭代器,以及一个 bool 类型的对象,表示是否插入了该元素
    2.m.insert(begin,end)//begin和end是标记元素范围的迭代器,其中的元素必须为m.value_key 类型的键-值对。对于该范围内的所有元素,如果它的键在 m 中不存在,则将该键及其关联的值插入到 m。返回 void 类型
    3.m.insert(iter,e)//e是一个用在m上的 value_key 类型的值。如果键(e.first)不在m中,则创建新元素,并以迭代器iter为起点搜索新元素存储的位置。返回一个迭代器,指向m中具有给定键的元素
m.count(k) //返回m中k的出现次数
m.find()   //如果m容器中存在按k索引的元素,则返回指向该元素的迭代器。如果不存在,则返回超出末端迭代器.
m.erase()  //具体与序列该方法一致!

2、set

支持插入,删除,查找等操作,就像一个集合一样。所有的操作的都是严格在logn时间之内完成,效率非常高。set和multiset的区别是:set插入的元素不能相同,但是multiset可以相同。Set默认自动排序。使用方法类似list。

set容器的定义和使用


set 容器的每个键都只能对应一个元素。以一段范围的元素初始化set对象,或在set对象中插入一组元素时,对于每个键,事实上都只添加了一个元素。

vector<int> ivec;
for(vector<int>::size_type i = 0; i != 10; ++i) {
ivec.push_back(i);
ivec.push_back(i);
}
set<int> iset(ivec.begin(), ivec.end());
cout << ivec.size() << endl;//20个
cout << iset.size() << endl;// 10个

添加

set<string> set1;
set1.insert("the"); //第一种方法:直接添加
set<int> iset2;
iset2.insert(ivec.begin(), ivec.end());//第二中方法:通过指针迭代器

获取

set<int> iset;
for(int i = 0; i<10; i++)
iset.insert(i);
iset.find(1)// 返回指向元素内容为1的指针
iset.find(11)// 返回指针iset.end()
iset.count(1)// 存在,返回1
iset.count(11)// 不存在,返回0

总结

有序容器(除了list):存储底层vector,只是添加了不同的接口!


deque(队列):它不像vector 把所有的对象保存在一块连续的内存块,而是采用多个连续的存储块,并且在一个映射结构中保存对这些块及其顺序的跟踪。向deque 两端添加或删除元素的开销很小,它不需要重新分配空间。


list(列表):是一个线性链表结构,它的数据由若干个节点构成,每一个节点都包括一个信息块(即实际存储的数据)、一个前驱指针和一个后驱指针。它无需分配指定的内存大小且可以任意伸缩,这是因为它存储在非连续的内存空间中,并且由指针将有序的元素链接起来。


后面的关联与无序关联都是用的一种树状结构!

使用

当数组大小未知时,和需要高效的查询功能,用vector!高效地随机存储。


不使用连续的内存空间,而且可以随意地进行动态操作,有大量的插入、删除操作,用list!


需要在两端进行push 、pop用daque!它兼顾了数组和链表的优点,它是分块的链表和多个数组的联合。所以它有被list 好的查询性能,有被vector 好的插入、删除性能。 如果你需要随即存取又关心两端数据的插入和删除,那么deque 是最佳之选。


需要查找或者打表可以选择map与set,当然一定条件下我们可以优秀考虑用无序关联容器!

不断补充……

vector

    size()  
    empty()  
    clear()
    front()/back()
    push_back()/pop_back()
    begin()/end()
    支持比较运算符,按字典序 例:vector<int> a(3,4);vector<int> b(4,3); 444>3333  a>b
    nth_element(a,a+x,a+n)数组a的总长度为n,函数执行完后前x个数都比x+1位置上的小,后面所有数都比x+1位置上的数大,但不要求有序

pair

    pair<int,int>
    first  第一个元素
    second  第二个元素
    支持比较运算符,以first为第一关键字,以second为第二关键字(字典序)

string

    size()
    empty()
    push()
    pop()
    front()
    back()

priority_queue 优先队列(堆),默认是大根堆

    push()
    top()
    pop()
定义成小根堆的方式:(1)存入其相反数-x   (2)priority_queue<int,vector<int>,greater<int>> q;

stack

    size()
    empty()
    push()
    pop()
    top()

deque 双向队列

    size()
    empty()
    clear()
    front()/back()
    push_back()/pop_back()
    push_front()/pop_front()
    begin()/end()
    []

set , map , multiset , multimap 基于平衡二叉树(红黑树),动态维护有序序列

    size()
    empty()
    clear()
    begin()/end() ++,-- 返回前驱和后继
    set/multiset  set里元素维一,multiset里可以有多个相同的元素
        insert()  插入一个数
        find() 如果不存在返回end()
        count() 返回某一个数的个数
        erase()
            (1)输入的是一个数x,删除所有x   o(k+logn)
            (2)输入的是一个迭代器,删除这个迭代器
        lower_bound()/upper_bound()
            lower_bount(x)  返回大于等于x的最小的数
            upper_bount(x)  返回大于x的最小的数
    map/multimap
        insert()  插入一个pair
        erase()  输入的参数是pair或者迭代器
        [ ]  时间复杂度o(logn)

unordered_set , unordered_map ,

unordered_multiset , unorder_multimap 哈希表

和上面类似,增删改更快o(1)

但不支持 lower_bound()/upper_bound()/迭代器++,--


bitset 压位

    bitset<10000> s;
    ~ & | ^
    >> ,<<,==,!=,[]
    count() 返回有多少个1
    any() 判断是否至少有一个1
    none() 判断是否全为0
    set() 把所有位置置成1
    set(k,v) 把第k位变成1
    reset()把所有位变成0
    flip() 等价于~
    flip(k) 把第k位取反
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