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C++ std::nth_element用法及代码示例

std::nth_element()是一种STL算法,它以如下方式重新排列列表,即,如果对列表进行排序,则位于第n个位置的元素应位于该位置。

它不对列表进行排序,只是第n个元素之前的所有元素都不大于该元素,而后继该元素的所有元素也不小于该元素。
它有两个版本,定义如下:

  1. 使用“比较元素”
    用法:
    template 
    void nth_element (RandomAccessIterator first, RandomAccessIterator nth,
                      RandomAccessIterator last);
    
    first: Random-access iterator to the first element in the list.
    last: Random-access iterator to the last element in the list.
    nth: Random-access iterator pointing to the position in the list, 
    which should be sorted.
    If it points to end, then this function will do nothing.
    
    返回值:Since, return type is void, so it doesnot return any value.
    
    // C++ program to demonstrate the use of std::nth_element 
    #include <iostream> 
    #include <algorithm> 
    using namespace std; 
    int main() 
    { 
        int v[] = { 3, 2, 10, 45, 33, 56, 23, 47 }, i; 
      
        // Using std::nth_element with n as 5 
        std::nth_element(v, v + 4, v + 8); 
      
        // Since, n is 5 so 5th element should be sorted 
        for (i = 0; i < 8; ++i) { 
            cout << v[i] << " "; 
        } 
        return 0; 
    }

    输出:

    3 2 10 23 33 56 45 47 
    

    在这里,第五个元素为33,其左侧的所有元素都小于它,而其右侧的所有元素都大于它。

  2. 通过使用预定义函数进行比较:

    用法:

    template 
    void nth_element (RandomAccessIterator first, RandomAccessIterator nth,
                      RandomAccessIterator last, Compare comp);
    
    Here, first, last and nth arguments are the same as previous case.
    
    comp: Binary function that accepts two elements in the range 
    as arguments, and returns a value convertible to bool.
    The value returned indicates whether the element passed as first argument is 
    considered to go before the second in the specific strict weak ordering it defines.
    The function shall not modify any of its arguments.
    This can either be a function pointer or a function object.
    
    返回值: Since, its return type is void, so it doesnot return any value.
    
    // C++ program to demonstrate the use of std::nth_element 
    #include <iostream> 
    #include <algorithm> 
    using namespace std; 
      
    // Defining the BinaryFunction 
    bool comp(int a, int b) 
    { 
        return (a < b); 
    } 
    int main() 
    { 
        int v[] = { 3, 2, 10, 45, 33, 56, 23, 47 }, i; 
      
        // Using std::nth_element with n as 6 
        std::nth_element(v, v + 5, v + 8, comp); 
      
        // Since, n is 6 so 6th element should be the same 
        // as the sixth element present if we sort this array 
        // Sorted Array 
        /* 2 3 10 23 33 45 47 56 */
        for (i = 0; i < 8; ++i) { 
            cout << v[i] << " "; 
        } 
        return 0; 
    }

    输出:

    33 2 10 23 3 45 47 56 
    

    在此代码中,由于std::nth_element中第二个参数所指向的第n个元素是数组v的第六个元素,因此这意味着应用std::nth_element之后数组中的第六个元素应为如果整个数组都排序了,那就是45。

    而且其左侧的所有元素都小于或等于它,而右侧的元素也大于它。

    二进制函数comp:std::nth_element的目的是对范围[first,last)进行升序排序,以使条件* i

我们在哪里可以应用std::nth_element()?

  1. 如果我们要查找前n个最小的数字,则可以使用它,但是它们可以排序或可以不排序。
    // C++ program to find first n smallest numbers 
    #include <iostream> 
    #include <algorithm> 
    using namespace std; 
    int main() 
    { 
        int v[] = { 30, 20, 10, 40, 60, 50, 70, 80 }, i; 
      
        // Using std::nth_element with n as 3 
        std::nth_element(v, v + 2, v + 8); 
      
        // Since, n is 3 so now first three numbers will be the 
        // three smallest numbers in the whole array 
        // Displaying first three smallest number 
        for (i = 0; i < 3; ++i)  
        { 
            cout << v[i] << " "; 
        } 
        return 0; 
    }

    输出:

    20 10 30
    
  2. 就像前n个最小的数字一样,我们也可以通过更改std::nth_element中作为参数传递的二进制函数来找到前n个最大的数字。
    // C++ program to find first n largest numbers 
    #include <iostream> 
    #include <algorithm> 
    using namespace std; 
    int main() 
    { 
        int v[] = { 30, 20, 50, 60, 70, 10, 80, 40 }, i; 
      
        // Using std::nth_element with n as 2 
        std::nth_element(v, v + 1, v + 8, std::greater<int>()); 
      
        // Since, n is 2 so first 2 elements will be the largest 
        // among all the array elements 
        // Displaying First 2 elements 
        for (i = 0; i < 2; ++i)  
        { 
            cout << v[i] << " "; 
        } 
        return 0; 
    }

    输出:

    80 70
    

    在这里,我们超越了()作为二进制函数,因此如果我们按降序对给定数组进行排序,则第n个元素将成为第n个元素,因此前n个元素将是前n个最大元素。

  3. 它可以用来找到给定元素的中位数。
    // C++ program to find the median of the vector 
    #include <iostream> 
    #include <algorithm> 
    #include <vector> 
    using namespace std; 
    int main() 
    { 
        vector<int> v = { 3, 2, 10, 45, 33, 56, 23, 47, 60 }, i; 
      
        // Using std::nth_element with n as v.size()/2 + 1 
        std::nth_element(v.begin(), v.begin() + v.size() / 2, v.end()); 
      
        cout << "The median of the array is " << v[v.size() / 2]; 
      
        return 0; 
    }

    输出:

    The median of the array is 33
    

    这里排序的数组将是2 3 10 23 33 45 47 56 60,因此有9个元素,中位数将是中间元素,即第5个元素:33。

std::nth_element()的时间复杂度:O(n),其中n是第一个和最后一个之间的距离。
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注:本文由纯净天空筛选整理自 std::nth_element in C++。非经特殊声明,原始代码版权归原作者所有,本译文的传播和使用请遵循“署名-相同方式共享 4.0 国际 (CC BY-SA 4.0)”协议。