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排序算法-std::sort的使用（待学习第一天）

article 2024/11/13 8:05:49

在C++中，STL（Standard Template Library）提供了一系列强大的排序算法，可以帮助你快速对容器中的元素进行排序。这些排序算法既高效又易于使用。以下是几种常用的排序库函数及其使用方法：

1. `std::sort`

std::sort是最常用的排序函数之一，它可以在O(n log n)的时间复杂度内对随机访问迭代器范围内的元素进行排序。

示例：对vector排序

#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <vector>

int main() {
    std::vector<int> vec = {5, 3, 1, 4, 2};

    // 对vector进行排序
    std::sort(vec.begin(), vec.end());

    // 输出排序后的vector
    for (const auto& elem : vec) {
        std::cout << elem << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}

示例：自定义排序规则

你还可以通过传递一个比较函数或比较谓词来改变排序规则。例如，按照字符串长度排序：

#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <vector>
#include <string>

bool compareByLength(const std::string& a, const std::string& b) {
    return a.size() < b.size();
}

int main() {
    std::vector<std::string> words = {"banana", "apple", "pear", "orange"};

    // 使用自定义比较函数对vector进行排序
    std::sort(words.begin(), words.end(), compareByLength);

    // 输出排序后的vector
    for (const auto& word : words) {
        std::cout << word << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}

示例：使用lambda表达式自定义排序规则

使用C++11引入的lambda表达式可以让代码更加简洁：

#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <vector>
#include <string>

int main() {
    std::vector<std::string> words = {"banana", "apple", "pear", "orange"};

    // 使用lambda表达式对vector进行排序
    std::sort(words.begin(), words.end(), [](const std::string& a, const std::string& b) {
        return a.size() < b.size();
    });

    // 输出排序后的vector
    for (const auto& word : words) {
        std::cout << word << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}

2. `std::stable_sort`

std::stable_sort也是一个高效的排序算法，它保证排序是稳定的，即相等元素的相对顺序不变。这在某些场景下非常重要。

示例：使用`std::stable_sort`排序

#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <vector>
#include <utility>

int main() {
    std::vector<std::pair<std::string, int>> pairs = {{"a", 2}, {"b", 1}, {"c", 2}, {"d", 1}};

    // 使用std::stable_sort排序，保持相等元素的相对顺序
    std::stable_sort(pairs.begin(), pairs.end(), [](const auto& a, const auto& b) {
        return a.second < b.second;
    });

    // 输出排序后的vector
    for (const auto& p : pairs) {
        std::cout << "(" << p.first << ", " << p.second << ") ";
    }
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}

3. `std::partial_sort`

std::partial_sort可以对容器中的部分元素进行排序，特别适用于查找前N个最小或最大的元素。

示例：使用`std::partial_sort`获取前N个最小元素

#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <vector>

int main() {
    std::vector<int> vec = {5, 3, 1, 4, 2, 6, 7, 8, 9, 0};
    int N = 5;

    // 对前N个元素进行排序
    std::partial_sort(vec.begin(), vec.begin() + N, vec.end());

    // 输出前N个最小元素
    for (int i = 0; i < N; ++i) {
        std::cout << vec[i] << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}

4. `std::nth_element`

std::nth_element将第N个元素放到正确的位置，并对前N个元素进行部分排序，适用于查找中位数等场景。

示例：使用`std::nth_element`查找中位数

#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <vector>

int main() {
    std::vector<int> vec = {5, 3, 1, 4, 2, 6, 7, 8, 9, 0};
    int N = vec.size() / 2;

    // 将第N个元素放到正确的位置
    std::nth_element(vec.begin(), vec.begin() + N, vec.end());

    // 输出中位数
    std::cout << "中位数: " << vec[N] << std::endl;

    return 0;
}

5. `std::make_heap`, `std::push_heap`, `std::pop_heap`

使用堆排序也可以实现高效排序，特别是对于动态插入和删除元素的场景。

示例：使用堆排序

#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <vector>

int main() {
    std::vector<int> vec = {5, 3, 1, 4, 2, 6, 7, 8, 9, 0};

    // 构造一个堆
    std::make_heap(vec.begin(), vec.end());

    // 将堆顶元素移到末尾并重新构造堆
    for (int i = vec.size() - 1; i > 0; --i) {
        std::pop_heap(vec.begin(), vec.begin() + i + 1);
    }

    // 输出排序后的vector
    for (const auto& elem : vec) {
        std::cout << elem << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}