C++容器与算法-深度研究.pptx

C+容器与算法,容器概述 顺序容器 关联容器 容器适配器 算法概述 非修改式序列操作 修改式序列操作 排序和搜索算法,Contents Page,目录页,容器概述,C+容器与算法,容器概述,容器概述,1.容器是 C+标准库的重要组成部分，用于存储和管理数据2.容器可以分为顺序容器和关联容器两大类3.顺序容器包括 vector、list、deque、stack 和 queue 等，它们按照元素的插入顺序进行存储4.关联容器包括 set、multiset、map 和 multimap 等，它们按照键值对的方式进行存储5.容器提供了丰富的接口和操作方法，如插入、删除、查找、遍历等6.容器的选择应根据具体的需求和场景进行，考虑因素包括存储效率、访问效率、内存占用等顺序容器,1.vector 是一种动态数组，支持快速随机访问和高效的内存利用2.list 是一种双向链表，支持高效的插入和删除操作3.deque 是一种双端队列，支持在两端快速插入和删除元素4.stack 是一种后进先出的栈，支持 push 和 pop 操作5.queue 是一种先进先出的队列，支持 enqueue 和 dequeue 操作。

容器概述,关联容器,1.set 和 multiset 是基于红黑树实现的，支持快速查找、插入和删除操作2.map 和 multimap 是基于红黑树实现的，支持按照键值对进行快速查找、插入和删除操作3.set 和 map 的键值不能重复，而 multiset 和 multimap 的键值可以重复4.关联容器的元素是按照键值进行排序的，可以使用迭代器进行遍历容器适配器,1.容器适配器是一种基于现有容器类型实现的新容器类型2.容器适配器包括 stack、queue 和 priority_queue 等3.stack 是一种基于 deque 实现的后进先出的栈4.queue 是一种基于 deque 实现的先进先出的队列5.priority_queue 是一种基于 vector 实现的优先队列，按照元素的优先级进行排序容器概述,迭代器,1.迭代器是一种用于遍历容器元素的工具2.迭代器可以分为输入迭代器、输出迭代器、前向迭代器、双向迭代器和随机访问迭代器等3.输入迭代器支持只读访问容器元素，输出迭代器支持只写访问容器元素4.前向迭代器支持正向遍历容器元素，双向迭代器支持正向和反向遍历容器元素5.随机访问迭代器支持随机访问容器元素，可以通过索引访问元素。

算法,1.算法是一种用于解决特定问题的方法或步骤2.C+标准库提供了丰富的算法，如排序、查找、遍历、数值计算等3.算法可以分为内部迭代器算法和外部迭代器算法4.内部迭代器算法是基于容器的迭代器实现的，如 sort、find、for_each 等5.外部迭代器算法是基于自定义的迭代器实现的，如 copy、replace_if、transform 等6.算法的选择应根据具体的需求和场景进行，考虑因素包括时间复杂度、空间复杂度、可读性等顺序容器,C+容器与算法,顺序容器,顺序容器概述,1.顺序容器是一种存储元素的容器，元素在容器中的位置与它们被插入的顺序相同2.顺序容器包括 vector、deque、list 和 forward_list 等类型3.顺序容器支持高效的随机访问和在末尾插入和删除元素vector容器,1.vector 是一种动态数组，它可以根据需要自动增长其大小2.vector 支持高效的随机访问和在末尾插入和删除元素3.vector 的内存管理由容器自动处理，但也可以通过 reserve 和 shrink_to_fit 等方法进行手动控制顺序容器,deque容器,1.deque 是一种双端队列，它支持在两端高效地插入和删除元素。

2.deque 支持高效的随机访问，但不如 vector 高效3.deque 的内存管理由容器自动处理，但也可以通过 reserve 和 shrink_to_fit 等方法进行手动控制list容器,1.list 是一种双向链表，它支持在任意位置高效地插入和删除元素2.list 不支持随机访问，访问元素需要通过迭代器进行遍历3.list 的内存管理由容器自动处理，但也可以通过 splice 等方法进行手动控制顺序容器,forward_list容器,1.forward_list 是一种单向链表，它支持在头部高效地插入和删除元素2.forward_list 不支持随机访问，访问元素需要通过迭代器进行遍历3.forward_list 的内存管理由容器自动处理，但也可以通过 erase_after 等方法进行手动控制顺序容器的选择,1.选择顺序容器时，需要考虑容器的访问效率、插入和删除效率、内存管理等方面的因素2.如果需要高效的随机访问和在末尾插入和删除元素，应选择 vector 或 deque3.如果需要在任意位置高效地插入和删除元素，应选择 list 或 forward_list4.如果容器的大小在编译时已知，应选择 array 而不是 vector。

关联容器,C+容器与算法,关联容器,关联容器概述,1.关联容器是一种存储键值对的数据结构，其中键用于唯一标识元素，值则存储与键相关联的数据2.C+标准库提供了多种关联容器类型，包括 map、set、multimap 和 multiset3.关联容器的优点包括快速查找、插入和删除元素，以及自动维护元素的有序性关联容器的实现原理,1.关联容器通常使用红黑树或哈希表来实现2.红黑树是一种自平衡的二叉搜索树，它通过颜色的调整来保持树的平衡，从而实现快速的查找、插入和删除操作3.哈希表则是通过将键值对映射到一个数组中来实现快速查找和插入操作哈希表的性能取决于哈希函数的质量和冲突解决策略的效率关联容器,关联容器的操作,1.关联容器提供了丰富的操作，包括插入、删除、查找、遍历等2.插入操作可以使用 insert 函数或赋值运算符来完成3.删除操作可以使用 erase 函数来完成4.查找操作可以使用 find 函数或 count 函数来完成5.遍历操作可以使用迭代器来完成关联容器的性能优化,1.关联容器的性能优化可以从多个方面入手，包括选择合适的容器类型、调整容器的参数、使用高效的算法等2.对于小型数据集，set 和 map 通常是最好的选择。

对于大型数据集，multiset 和 multimap 可能更合适3.调整容器的参数，如桶的数量、负载因子等，可以影响容器的性能4.使用高效的算法，如二分查找、哈希函数等，可以提高查找和插入操作的效率关联容器,关联容器的应用场景,1.关联容器在实际应用中有广泛的应用场景，如数据库索引、缓存、字符串查找等2.在数据库索引中，关联容器可以用于快速查找和访问数据3.在缓存中，关联容器可以用于存储最近访问的数据，以提高访问效率4.在字符串查找中，关联容器可以用于快速查找字符串的出现位置关联容器的未来发展趋势,1.随着计算机技术的不断发展，关联容器也在不断发展和完善2.未来，关联容器可能会更加注重性能优化和内存管理，以满足不断增长的数据处理需求3.同时，关联容器也可能会与其他数据结构和算法相结合，以提供更强大的功能和更好的性能4.此外，随着人工智能和大数据等领域的发展，关联容器也可能会在这些领域中得到更广泛的应用容器适配器,C+容器与算法,容器适配器,1.栈是一种特殊的线性表，它的特点是先进后出（First In Last Out，简称 FILO）2.栈的基本操作包括入栈（push）和出栈（pop），入栈将元素添加到栈顶，出栈从栈顶移除元素。

3.栈可以用数组或链表来实现，通常使用指针来操作栈顶元素队列（Queue）,1.队列是一种特殊的线性表，它的特点是先进先出（First In First Out，简称 FIFO）2.队列的基本操作包括入队（enqueue）和出队（dequeue），入队将元素添加到队尾，出队从队头移除元素3.队列可以用数组或链表来实现，通常使用指针来操作队头和队尾元素栈（Stack）,容器适配器,优先队列（PriorityQueue）,1.优先队列是一种特殊的队列，它的每个元素都有一个优先级2.优先队列的基本操作包括入队和出队，入队时根据元素的优先级将其插入到合适的位置，出队时总是移除优先级最高的元素3.优先队列可以用堆来实现，堆是一种完全二叉树，它的每个节点都大于或等于其子节点双端队列（Deque）,1.双端队列是一种特殊的队列，它可以在两端进行插入和删除操作2.双端队列的基本操作包括在队头插入（push_front）、在队尾插入（push_back）、在队头删除（pop_front）和在队尾删除（pop_back）3.双端队列可以用数组或链表来实现，通常使用指针来操作队头和队尾元素容器适配器,列表（List）,1.列表是一种非线性的数据结构，它由一系列节点组成，每个节点包含数据和指向下一个节点的指针。

2.列表的基本操作包括插入、删除和查找，插入和删除操作可以在列表的任意位置进行3.列表可以用单向链表或双向链表来实现，双向链表可以在正向和反向进行遍历集合（Set）,1.集合是一种不允许重复元素的数据结构2.集合的基本操作包括插入、删除和查找，插入操作将元素添加到集合中，如果元素已经存在则不进行操作，删除操作将元素从集合中移除，查找操作返回元素是否存在于集合中3.集合可以用红黑树或哈希表来实现，红黑树是一种平衡二叉搜索树，它的查找、插入和删除操作的时间复杂度都是 O(log n)，哈希表是一种通过哈希函数将元素映射到数组中的数据结构，它的查找、插入和删除操作的时间复杂度都是 O(1)算法概述,C+容器与算法,算法概述,算法的定义和作用,1.算法是一组定义明确的指令，用于解决特定问题或完成特定任务2.算法在计算机科学中起着核心作用，它们是程序设计的基础，也是计算机解决问题的关键3.算法的效率和正确性对于计算机系统的性能和可靠性至关重要算法的基本特征,1.输入：算法具有零个或多个输入，这些输入是算法执行所需的初始数据2.输出：算法产生一个或多个输出，这些输出是算法执行的结果3.确定性：算法的每一步都应该是明确的、无二义性的，并且在相同的输入下应该产生相同的输出。

4.有限性：算法应该在有限的步骤内终止，并且应该在有限的时间和空间内完成执行5.可行性：算法应该是可行的，即可以用现有的计算机技术和资源来实现算法概述,算法的设计要求,1.正确性：算法应该能够正确地解决问题，并且在所有可能的情况下都能产生正确的输出2.可读性：算法应该易于理解和阅读，以便其他程序员可以理解和修改算法3.健壮性：算法应该能够处理各种异常情况和错误输入，并且不会因为这些情况而导致程序崩溃或产生错误的输出4.效率：算法应该尽可能地高效，即在执行时间和空间复杂度方面都应该尽可能地优化5.可扩展性：算法应该具有良好的可扩展性，以便能够适应未来的需求和变化算法的分析方法,1.时间复杂度：算法的时间复杂度是指算法执行所需的时间，通常用大 O 记号来表示2.空间复杂度：算法的空间复杂度是指算法执行所需的存储空间，通常用大 O 记号来表示3.最坏情况分析：最坏情况分析是指考虑算法在最坏情况下的执行时间和空间复杂度4.平均情况分析：平均情况分析是指考虑算法在所有可能情况下的平均执行时间和空间复杂度5.随机情况分析：随机情况分析是指考虑算法在随机情况下的执行时间和空间复杂度算法概述,1.排序算法：排序算法是将一组数据按照特定的顺序进行排列的算法，常见的排序算法有冒泡排序、插入排序、选择排序、快速排序等。