Библиотека программиста

Все, что необходимо начинающему и опытному программисту

85. Пользуйтесь правильным алгоритмом поиска

Резюме

Данная рекомендация применима к поиску определенного значения в диапазоне. При поиске в неотсортированном диапазоне используйте алгоритмы find/find_if или count/count_if. Для поиска в отсортированном диапазоне выберите lower_bound, upper_bound, equal_range или (реже) binary_search. (Вопреки своему имени, binary_search обычно — неверный выбор.)

Обсуждение

В случае неотсортированных диапазонов, find/find_if и count/count_if могут за линейное время определить, находится ли данный элемент в диапазоне, и если да, то где именно. Заметим, что алгоритмы find/find_if обычно более эффективны, поскольку могут завершить поиск, как только искомый элемент оказывается найден.

В случае сортированных диапазонов лучше использовать алгоритмы бинарного поиска — binary_search, lower_bound, upper_bound и equal_range, которые имеют логарифмическое время работы. Увы, несмотря на свое красивое имя, binary_search практически всегда бесполезен, поскольку возвращает всего лишь значение типа bool, указывающее, найден искомый элемент или нет. Обычно вам требуется алгоритм lower_bound или upper_bound, или equal_range, который выдает результаты обоих алгоритмов— и lower_bound, и upper_bound (и требует в два раза больше времени).

Алгоритм lower_bound возвращает итератор, указывающий на первый подходящий элемент (если таковой имеется) или на позицию, где он мог бы быть (если такого элемента нет); последнее полезно для поиска верного места для вставки новых значений в отсортированную последовательность. Алгоритм upper_bound возвращает итератор, указывающий на элемент, следующий за последним найденным элементом (если таковой имеется), т.е. на позицию, куда можно добавить следующий эквивалентный элемент; это полезно при поиске правильного места для вставки новых значений в отсортированную последовательность, чтобы поддерживать упорядоченность, при которой равные элементы располагаются в последовательности в порядке их вставки.

Для сортированных диапазонов в качестве быстрой версии count(first,last,value); лучше использовать пару вызовов:

р = equal_range(first, last.value);
distance(p.first, p.second);

При поиске в ассоциативном контейнере лучше использовать вместо алгоритмов-не членов функции-члены с тем же именем. Функции-члены обычно более эффективны; например, функция-член count выполняется за логарифмическое время (так что, кстати, нет никаких оснований заменять ее вызовом equal_range с последующим distance, что имеет смысл для функции count, не являющейся членом).

86. Пользуйтесь правильным алгоритмом сортировки

Резюме

При сортировке вы должны четко понимать, как работает каждый из сортирующих алгоритмов, и использовать наиболее дешевый среди тех, которые пригодны для решения вашей задачи.

Обсуждение

Вам не всегда требуется полный sort; обычно надо меньшее, и весьма редко — большее. В общем случае стандартные алгоритмы сортировки располагаются от наиболее дешевых до наиболее дорогих в следующем порядке: partition, stable_partition, nth_element, partial_sort (и его вариант partial_sort_copy), sort и stable_sort. Используйте наименее дорогой из алгоритмов, которые выполняют необходимую вам работу; применение излишне мощного алгоритма — расточительство.

Время работы алгоритмов partition, stable_partition и nth_element— линейное, что является очень хорошим показателем.

Алгоритмы nth_element, partial_sort, sort и stable_sort требуют итераторы произвольного доступа. Вы не можете использовать их при наличии только двунаправленных итераторов (например, list<T>::iterator). Если вам нужны данные алгоритмы, но у вас нет итераторов произвольного доступа, вы можете воспользоваться идиомой индексного контейнера: создайте контейнер, поддерживающий итераторы произвольного доступа (например, vector), в котором будут храниться итераторы, указывающие на элементы интересующего вас диапазона, и затем примените к нему более мощный алгоритм с использованием разыменовывающей версии вашего предиката (в которой перед обычным сравнением выполняется разыменование итераторов).

Версии stabe_... следует применять только тогда, когда вам необходимо сохранить относительный порядок одинаковых элементов. Заметим, что алгоритмы partial_sort и nth_element не являются устойчивыми (т.е. они не оставляют одинаковые элементы в том же относительном порядке, в котором они находились до сортировки), и у них нет стандартизированных устойчивых версий. Если вам все же требуется сохранение относительной упорядоченности элементов, вероятно, вам надо использовать stable_sort.

Само собой разумеется, не следует прибегать ни к каким алгоритмам сортировки, если вы можете обойтись без них. Если вы пользуетесь стандартным ассоциативным контейнером (set/multiset или map/multimap) или адаптером priority_queue, и вам требуется только один порядок сортировки, то не забывайте, что элементы в этих контейнерах всегда находятся в отсортированном виде.

Примеры

Пример 1. partition. Если вам надо разделить весь диапазон на две группы (группа элементов, удовлетворяющих предикату, за которыми следует группа элементов, предикату не удовлетворяющих), то для этого достаточно воспользоваться алгоритмом partition. Это все, что вам надо, чтобы ответить на вопросы наподобие приведенных далее.

• Кто из студентов имеет средний бал не ниже 4.5? Для ответа на этот вопрос можно воспользоваться вызовом partition(students.begin(), students.end(), GradeAtLeast(4.5));, который вернет итератор, указывающий на первого студента, чей средний балл ниже 4.5.

• Какие из товаров имеют вес менее 10 кг? Вызов partition(products.begin(), products.end(), WeightUnder(10)); вернет итератор, указывающий на первый товар, вес которого не ниже 10 кг.

Пример 2. nth_element. Алгоритм nth_element можно использовать для того, чтобы получить один элемент в корректной n-й позиции, в которой он бы находился при полной сортировке всего диапазона, при этом все прочие элементы корректно располагаются до или после этого n-го элемента. Этого достаточно, чтобы ответить на вопросы наподобие следующих.

• Перечислите 20 лучших покупателей. Вызов nth_element(s.begin(), s. begin()+19, s.end(), SalesRating); помещает 20 наилучших покупателей в начало контейнера.

• Какое изделие имеет медианное значение качества в данном наборе? Искомый элемент находится в средней позиции отсортированного диапазона. Для его поиска достаточно вызова nth_element(run.begin(), run.begin()+run.size()/2, run.end(), IstemQuality);.

• У какого изделия уровень качества находится на 75-м перцентиле? Искомый элемент находится в позиции, отстоящей на 25% от начала отсортированного диапазона. Для его поиска достаточно вызова nth_element(run.begin(), run.begin()+run.size()*.25, run.end(), ItemQuality);.

Пример 3. partial_sort. Алгоритм partial_sort выполняет те же действия, что и nth_element, но кроме того обеспечивает корректное отсортированное размещение всех элементов до n-го. Алгоритм partial_sort используется для ответов на вопросы, аналогичные вопросам для nth_element, но в которых требуется, чтобы все интересующие элементы были корректно отсортированы. Этот алгоритм — все, что вам надо для ответа, например, на вопрос: "Кто из участников занял первое, второе и третье места?" Ответ можно получить при помощи вызова partial_sort(contestants.begin(), contestants.begin()+3, contestants.end(), ScoreCompare);, после которого участники, занявшие три первые места, окажутся в корректном порядке в трех первых элементах контейнера, и не более того.

Исключения

Хотя обычно алгоритм partial_sort быстрее полной сортировки (так как должен выполнять меньшее количество работы), если вам надо отсортировать почти весь (или весь) диапазон, то в этой ситуации алгоритм sort может оказаться быстрее.

87. Делайте предикаты чистыми функциями

Резюме

Предикат представляет собой функциональный объект, который возвращает ответ да/нет, обычно в виде значения типа bool. Функция является "чистой" в математическом смысле, если ее результат зависит только от ее аргументов (обратите внимание — в данном случае термин "чистая" не имеет никакого отношения к чисто виртуальным функциям).

Не позволяйте предикатам сохранять или обращаться к состоянию так, чтобы это могло влиять на результат работы оператора operator(); при этом понятие состояния включает как данные-члены, так и глобальные состояния. Для предикатов желательно делать оператор operator() константной функцией-членом (см. рекомендацию 15).

Обсуждение

Алгоритмы создают неизвестное количество копий предикатов в неизвестные моменты времени и в неизвестном порядке, так что приходится полагаться на то, что все копии эквивалентны.

Именно поэтому вы отвечаете за то, чтобы все копии предикатов были эквивалентны; это означает, что все они должны быть чистыми функциями, результат работы которых полностью и однозначно определяется аргументами, передаваемыми оператору operator() и не зависит ни от каких иных факторов. При передаче одних и тех же аргументов предикат всегда должен возвращать одно и то же значение.

Предикаты с состояниями могут показаться полезными, но они явно не очень полезны при использовании с алгоритмами стандартной библиотеки C++, и это сделано преднамеренно. В частности, предикаты с состояниями могут быть полезны только при выполнении ряда условий.

• Предикат не копируется. Стандартные алгоритмы не дают такой гарантии; в действительности алгоритмы, напротив, предполагают, что предикаты могут безопасно копироваться.

• Предикаты используются в предопределенном документированном порядке. В общем случае стандартные алгоритмы не дают никакой гарантии относительно порядка применения предикатов к элементам диапазона. При отсутствии гарантий по поводу порядка обработки элементов, операция наподобие "пометить третий элемент" (см. примеры) имеет мало смысла, поскольку не определено, какой именно элемент будет обработан третьим.

Первое условие можно обойти, написав предикат с использованием счетчика ссылок. Этот метод решает проблему копирования предикатов, поскольку в таком случае предикаты могут безопасно копироваться без изменения их семантики при применении к объектам. Однако обойти второе условие оказывается невозможно.

Всегда объявляйте оператор предиката operator() как константную функцию-член, чтобы компилятор мог помочь вам избежать неприятностей, выводя сообщение об ошибке при попытках изменить любые данные-члены, которые могут быть у предиката. Это не позволяет пресечь все злоупотребления, например, доступ к глобальным данным, но, по крайней мере, поможет избежать наиболее распространенных ошибок.

Примеры

Пример. FlagNth. Перед вами классический пример, в котором выполняется попытка удалить третий элемент из контейнера v.

class FlagNth {
public:
    FlagNth( size_t n ) : current_(0), n_(n) { }

    // Возвращаем  значение true только при третьем вызове
    template<typename T>
    bool operator()( const T& )  // Плохо: неконстантная
        { return ++current_ == n_; } // функция
private:
    size_t current_, n_;
};

// ... позже ...
v.erase( remove_if( v.begin(), v.end(), FlagNth(3) ) );

Увы, нет никакой гарантии, что будет удален именно третий элемент В большинстве реальных реализаций STL приведенный код наряду с третьим удалит и шестой элемент. Почему? Потому что remove_if обычно реализуется с использованием find_if и remove_copy_if, и копия предиката передается каждой из этих функций.

Концептуально этот пример неверен, поскольку алгоритм remove_if гарантирует только то, что он удалит все элементы, удовлетворяющие некоторому критерию. Он не документирует порядок, в котором совершается обход или удаление элементов из обрабатываемого диапазона, так что приведенный код использует предположение, которое не документировано и, более того, не выполняется.

Корректный способ удаления третьего элемента — выполнить итерации для его поиска и вызвать функцию erase.

<< Назад         В начало         Далее >>

Библиотека программиста. 2009.
Администратор: admin@programmer-lib.ru