C++学习笔记（三十七）—

STL 算法分类：

类别	常见算法	作用
排序	`sort`、`stable_sort`、`partial_sort`、`nth_element`等	排序
搜索	`find`、`find_if`、`count`、`count_if`、`binary_search`等	查找元素
修改	`copy`、`replace`、`replace_if`、`swap`、`fill`等	修改容器内容
删除	`remove`、`remove_if`、`unique`等	删除元素
归约	`for_each`、`accumulate`等	处理数据
合并	`merge`、`set_union`、`set_intersection`等	处理有序序列
排列组合	`next_permutation`、`prev_permutation`等	生成排列
堆操作	`push_heap`、`pop_heap`、`make_heap`、`sort_heap`等	处理堆

STL 搜索算法

在 C++的STL 中，提供了一些用于搜索容器中元素的算法，位于 <algorithm> 头文件中。
常见的搜索算法包括 find、binary_search、find_if 等。

算法名称	功能描述	时间复杂度	空间复杂度	适用场景
`find`	查找容器中第一个与指定值相等的元素	O(n)	O(1)	在无序容器中查找元素
`find_if`	查找容器中第一个满足指定条件的元素	O(n)	O(1)	查找满足特定条件的元素
`count`	统计某个元素在范围内出现的次数	O(n)	O(1)	统计某个元素出现的次数
`count_if`	统计满足特定条件的元素数量	O(n)	O(1)	统计符合条件的元素数量
`binary_search`	查找容器中是否存在某个元素（要求容器已排序）	O(log n)	O(1)	在已排序的容器中查找元素
`lower_bound`	查找容器中第一个不小于指定值的元素	O(log n)	O(1)	在已排序的容器中查找不小于指定值的元素
`upper_bound`	查找容器中第一个大于指定值的元素	O(log n)	O(1)	在已排序的容器中查找大于指定值的元素
`search`	查找一个子序列在另一个序列中的首次出现	*O(n m)**	O(1)	查找子序列在容器中的位置
`search_n`	查找某个值连续出现 `n` 次的子序列	O(n)	O(1)	查找某个值连续出现的子序列

（1） `find`

功能：在容器中查找第一个与指定值相等的元素。
时间复杂度：O(n)，其中 n 是容器中的元素数。
空间复杂度：O(1)，原地操作。

示例：

#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>
#include <algorithm>

int main() {
    vector<int> vec = { 5, 2, 8, 3, 1 };

    auto it = find(vec.begin(), vec.end(), 3); // 查找值为 3 的元素

    if (it != vec.end())
    {
        cout << "找到元素: " << *it << endl;  // 输出：找到元素: 3
    }
    else
    {
        cout << "元素未找到" << endl;
    }

    system("pause");
    return 0;
}

注意：

find适用于顺序容器（如 vector、list 等）。

（2）`find_if`

功能：在容器中查找第一个满足给定条件的元素。
时间复杂度：O(n)，其中 n 是容器中的元素数。
空间复杂度：O(1)，原地操作。

示例：

#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>
#include <algorithm>

bool is_even(int n) 
{
    return n % 2 == 0;  // 判断是否为偶数
}

int main() {
    vector<int> vec = { 5, 2, 8, 3, 1 };

    auto it = find_if(vec.begin(), vec.end(), is_even); // 查找第一个偶数

    if (it != vec.end())
    {
        cout << "找到偶数: " << *it << endl;  // 输出：找到偶数: 2
    }
    else
    {
        cout << "未找到偶数" << endl;
    }

    system("pause");
    return 0;
}

注意：

与 find 不同，find_if 是基于条件的查找，使用一个谓词（即一个返回布尔值的函数或仿函数）来判断元素是否满足条件。

（3） `count`

功能：计算给定范围内某个元素出现的次数。
时间复杂度：O(n)，其中 n 是范围中的元素数量。
空间复杂度：O(1)，原地操作。

示例：

#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>
#include <algorithm>

int main() {
    vector<int> vec = { 10, 20, 10, 40, 10 };

    // 统计 10 出现的次数
    int num = count(vec.begin(), vec.end(), 10);
    cout << "元素 10 出现了 " << num << " 次。" << endl;

    system("pause");
    return 0;
}

注意：

count适用于，当需要统计某个元素在容器中出现的次数时使用。

（4） `count_if`

功能：计算给定范围内满足特定条件的元素的数量。
时间复杂度：O(n)，其中 n 是范围中的元素数量。
空间复杂度：O(1)，原地操作。

示例：

#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>
#include <algorithm>

bool is_even(int n)
{
    return n % 2 == 0;
}

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

    // 统计偶数元素的数量
    int num = count_if(vec.begin(), vec.end(), is_even);
    cout << "有 " << num << " 个偶数元素。" << endl;

    system("pause");
    return 0;
}

注意：

count_if适用于，当需要统计满足某个条件的元素数量时使用。

（5） `binary_search`

功能：判断容器中是否存在某个元素，要求容器必须已经是有序的。
时间复杂度：O(log n)，n 是容器中的元素数。
空间复杂度：O(1)，原地操作。

示例：

#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>
#include <algorithm>

int main() {
    vector<int> vec = { 1, 2, 3, 5, 8 };  // 已经排序

    bool found = binary_search(vec.begin(), vec.end(), 3); // 查找是否有 3
    cout << (found ? "找到" : "未找到") << endl;  // 输出：找到

    found = binary_search(vec.begin(), vec.end(), 4); // 查找是否有 4
    cout << (found ? "找到" : "未找到") << endl;  // 输出：未找到

    system("pause");
    return 0;
}

注意：

binary_search适用于有序容器。它返回布尔值，表示是否找到目标元素。

（6）`lower_bound`

功能：返回指向容器中第一个不小于指定值的元素的迭代器。
时间复杂度：O(log n)，n 是容器中的元素数。
空间复杂度：O(1)，原地操作。

示例：

#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>
#include <algorithm>

int main() {
    vector<int> vec = { 1, 2, 3, 5, 8 };  // 已经排序

    auto it = lower_bound(vec.begin(), vec.end(), 3); // 查找大于等于 3 的第一个元素

    if (it != vec.end()) 
    {
        cout << "找到元素: " << *it << endl;  // 输出：找到元素: 3
    }
    else
    {
        cout << "未找到元素" << endl;
    }

    system("pause");
    return 0;
}

注意：

lower_bound适用于有序容器。它可以用来查找某个值或第一个大于等于该值的元素。

（7）`upper_bound`

功能：返回指向容器中第一个大于指定值的元素的迭代器。
时间复杂度：O(log n)，n 是容器中的元素数。
空间复杂度：O(1)，原地操作。

示例：

#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>
#include <algorithm>

int main() {
    vector<int> vec = { 1, 2, 3, 5, 8 };  // 已经排序

    auto it = upper_bound(vec.begin(), vec.end(), 3); // 查找大于 3 的第一个元素

    if (it != vec.end())
    {
        cout << "找到元素: " << *it <<endl;  // 输出：找到元素: 5
    }
    else
    {
        cout << "未找到元素" << endl;
    }

    system("pause");
    return 0;
}

注意：

upper_bound适用于有序容器。它返回一个迭代器，指向第一个比指定值大的元素。

（8） `search`

功能：在一个范围中查找另一个范围（子序列）的第一次出现。
时间复杂度：O(n * m)，其中 n 是第一个范围的大小，m 是第二个范围的大小。
空间复杂度：O(1)。

示例：

#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>
#include <algorithm>

int main() {
    vector<int> vec = { 1, 2, 3, 4, 5, 6 };
    vector<int> subvec = { 3, 4 };

    // 查找子序列 subvec 在 vec 中的首次出现
    auto it = std::search(vec.begin(), vec.end(), subvec.begin(), subvec.end());
    if (it != vec.end())
    {
        cout << "子序列 subvec 在 vec 中的首次出现的位置: " << distance(vec.begin(), it) << endl;
    }
    else
    {
        cout << "未找到子序列subvec" << endl;
    }

    system("pause");
    return 0;
}

注意：

search适用于查找一个子序列在另一个序列中的位置。

（9） `search_n`

功能：在给定范围内查找一个值连续出现的子序列（即连续 n 次相同的元素）。
时间复杂度：O(n)，其中 n 是范围中的元素数量。
空间复杂度：O(1)。

示例：

#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>
#include <algorithm>

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

    // 查找连续出现 3 次的元素 2
    auto it = search_n(vec.begin(), vec.end(), 3, 2);
    if (it != vec.end())
    {
        cout << "连续出现 3 次的元素 2 的首次出现的位置: " << distance(vec.begin(), it) << endl;
    }
    else
    {
        cout << "未找到连续出现 3 次的元素 2" << endl;
    }

    system("pause");
    return 0;
}