＜C++学习＞C++ Boost 算法集合操作教程

news2025/1/13 13:40:42

C++ Boost 算法集合操作教程

Boost 提供了一些非常强大的算法库，用于对集合进行高效的操作。这些集合算法库主要提供了便捷的接口，支持常见的集合运算（如并集、交集、差集等）、排列组合和更高级的容器操作。

1. Boost 算法库简介

Boost 算法集合操作主要集中在以下几个模块：

Boost.SetOperations：集合的并集、交集、差集、对称差等操作。
Boost.Range：增强对区间和容器的操作。
Boost.Permutation：排列和组合算法。
Boost.Graph：提供图论相关算法的集合操作。

头文件：

#include <boost/algorithm/cxx11/all_of.hpp> // 支持 C++11 类似的集合算法
#include <boost/algorithm/set_operations.hpp> // 集合操作

2. Boost.SetOperations

Boost.SetOperations 提供了一系列的集合操作函数，如并集、交集、差集和对称差。以下是常见用法。

2.1 并集

功能

将两个集合的所有元素合并为一个集合。

示例

#include <boost/algorithm/set_operations.hpp>
#include <vector>
#include <iostream>

int main() {
    std::vector<int> set1 = {1, 2, 3, 4};
    std::vector<int> set2 = {3, 4, 5, 6};
    std::vector<int> result;

    boost::set_union(set1, set2, std::back_inserter(result));

    std::cout << "Union: ";
    for (int i : result) {
        std::cout << i << " ";
    }
    return 0;
}

输出

Union: 1 2 3 4 5 6

2.2 交集

功能

找出两个集合中共有的元素。

示例

#include <boost/algorithm/set_operations.hpp>
#include <vector>
#include <iostream>

int main() {
    std::vector<int> set1 = {1, 2, 3, 4};
    std::vector<int> set2 = {3, 4, 5, 6};
    std::vector<int> result;

    boost::set_intersection(set1, set2, std::back_inserter(result));

    std::cout << "Intersection: ";
    for (int i : result) {
        std::cout << i << " ";
    }
    return 0;
}

输出

Intersection: 3 4

2.3 差集

功能

找出一个集合中独有的元素（即从第一个集合中删除所有在第二个集合中的元素）。

示例

#include <boost/algorithm/set_operations.hpp>
#include <vector>
#include <iostream>

int main() {
    std::vector<int> set1 = {1, 2, 3, 4};
    std::vector<int> set2 = {3, 4, 5, 6};
    std::vector<int> result;

    boost::set_difference(set1, set2, std::back_inserter(result));

    std::cout << "Difference: ";
    for (int i : result) {
        std::cout << i << " ";
    }
    return 0;
}

输出

Difference: 1 2

2.4 对称差

功能

找出两个集合中不重叠的元素。

示例

#include <boost/algorithm/set_operations.hpp>
#include <vector>
#include <iostream>

int main() {
    std::vector<int> set1 = {1, 2, 3, 4};
    std::vector<int> set2 = {3, 4, 5, 6};
    std::vector<int> result;

    boost::set_symmetric_difference(set1, set2, std::back_inserter(result));

    std::cout << "Symmetric Difference: ";
    for (int i : result) {
        std::cout << i << " ";
    }
    return 0;
}

输出

Symmetric Difference: 1 2 5 6

3. Boost.Range

Boost.Range 提供了一系列用于增强容器和范围操作的工具。

3.1 Filtered Range（过滤范围）

示例：筛选偶数

#include <boost/range/adaptors.hpp>
#include <boost/range/algorithm.hpp>
#include <vector>
#include <iostream>

int main() {
    std::vector<int> nums = {1, 2, 3, 4, 5, 6};

    // 筛选偶数
    auto evenNums = nums | boost::adaptors::filtered([](int x) { return x % 2 == 0; });

    std::cout << "Even numbers: ";
    for (int i : evenNums) {
        std::cout << i << " ";
    }
    return 0;
}

输出

Even numbers: 2 4 6

3.2 Transformed Range（变换范围）

示例：平方操作

#include <boost/range/adaptors.hpp>
#include <boost/range/algorithm.hpp>
#include <vector>
#include <iostream>

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

    // 将每个元素平方
    auto squares = nums | boost::adaptors::transformed([](int x) { return x * x; });

    std::cout << "Squares: ";
    for (int i : squares) {
        std::cout << i << " ";
    }
    return 0;
}

输出

Squares: 1 4 9 16

4. Boost.Permutation

Boost 的排列组合工具可以生成元素的排列或组合。

4.1 排列生成

示例：全排列

#include <boost/range/algorithm.hpp>
#include <vector>
#include <iostream>

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

    std::cout << "Permutations: " << std::endl;
    do {
        for (int i : nums) {
            std::cout << i << " ";
        }
        std::cout << std::endl;
    } while (boost::range::next_permutation(nums));

    return 0;
}

输出

Permutations: 
1 2 3
1 3 2
2 1 3
2 3 1
3 1 2
3 2 1

5. 综合示例：结合集合与过滤

以下示例展示了如何结合 Boost 集合操作与过滤功能，实现复杂的集合操作。

示例代码

#include <boost/algorithm/set_operations.hpp>
#include <boost/range/adaptors.hpp>
#include <vector>
#include <iostream>

int main() {
    std::vector<int> set1 = {1, 2, 3, 4, 5, 6};
    std::vector<int> set2 = {4, 5, 6, 7, 8, 9};

    // 求并集
    std::vector<int> unionResult;
    boost::set_union(set1, set2, std::back_inserter(unionResult));

    // 筛选偶数
    auto evenUnion = unionResult | boost::adaptors::filtered([](int x) { return x % 2 == 0; });

    // 输出结果
    std::cout << "Even numbers in union: ";
    for (int i : evenUnion) {
        std::cout << i << " ";
    }

    return 0;
}