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  • vector总结

    vector是不定长数组,具有静态数组的稳定性和动态分配内存的灵活性,在赛场上不失为指针之外牺牲部分时间的保险之举。

    本文先介绍一些vector常用的函数(部分借鉴一篇博客中的内容 链接),并以此为铺垫,介绍本人在解题过程中对vector用途的一些总结。

    vector中迭代器的声明:vector<int>::iterator it;

    迭代器的使用方法与指针几乎完全一样,vector中绝大多数带参数的函数参数都有迭代器,很多函数的返回值也是迭代器。


     常用函数:

    (1)begin,end:

    a.begin()返回指向a中第一个元素的迭代器,a.end()返回指向a中最后一个元素的位置的下一个位置的迭代器。

    begin和end可以用来遍历,当然for(int i=0;i<a.size();i++)也可以实现,效率完全相同,但在运行一些输入参数为迭代器的函数时,vector的下标就无法解决了。

    (2)size,capacity:

    a.size()返回a中非空元素个数,a.capacity()返回a所占内存可容纳元素的个数。

    (3)clear,resize:

    a.clear()是void类型,表示将a中所有元素置空,但不改变a所占内存,即size变为0,capacity不变。

    a.resize(x)也是void类型,表示将a的size变为x,capacity变为max(capacity,x)。(好奇怪的操作......)

    (4)push_back:

     a.pushback(x)是void类型,表示将x插入到a的尾部,size+1。

    值得注意的是,a的capacity并不是push_back一次就+1,而是当capacity不够用的时候增大为原来的两倍。即capacity的值只可能是0或2的幂次。在某些极限情况下vector所占内存可以达到预计内存的近似两倍,在做题时要额外注意MLE的风险。

    (5)insert:

    insert共有三种用法:

    1.a.insert(it,val):函数表示在迭代器it指向位置之前插入值为val的元素,返回指向插入元素的迭代器。

    2.a.insert(it,num,val):该函数是void类型,表示在迭代器it指向位置之前插入num个值为val的元素。

    3.a.insert(it,l,r):该函数是void类型,表示在迭代器it指向位置之前插入从迭代器l指向位置到迭代器r指向位置的前一个位置的元素(即插入某个容器中[l,r)的元素)。

    (6)erase:

    erase共有两种用法,与insert的第一种和第三种类似。

    1.a.erase(it):函数表示删除迭代器it指向的元素,返回指向被删元素的前一个元素的迭代器。

    2.a.erase(l,r):函数表示删除从迭代器l指向位置到迭代器r指向位置的前一个位置的元素(即删除a中[l,r)的元素)。

    insert的操作3和erase的操作2结合起来使用,可以实现区间的插入,删除,交换。

    (7)lower_bound,upper_bound:

    lower_bound(l,r,x)中l,r为迭代器,函数返回指向容器[l,r)中第一个大于等于x的元素的迭代器。

    upper_bound(l,r,x)中l,r为迭代器,函数返回指向容器[l,r)中第一个大于x的元素的迭代器。


     部分用途:

    (1)邻接表的替代品

    存储一张图的传统做法是邻接矩阵和邻接表。其中邻接矩阵好写,但内存消耗太大,同时找邻接点较慢,且重边问题较难解决;邻接表稍微复杂一些,但找邻接点快,也能解决重边情况。

    而vector完全可以替代邻接表:定义vector<int>G[maxn];G[i][j]表示以点i为起点连出的第j条边在边目录中的编号。

    若向图中加入一条边(u,v)则只需G[u].push_back(v);即可。遍历点u的邻接点只需遍历u的vector,然后根据u连出的边在边目录中的编号找到终点即可。

    代码略。

    (2)平衡树(除splay以外)的劣质替代品

    平衡树一般用于维护一个序列,支持动态插入,删除一个数,同时查询某数的排名和排名为k的数是多少。

    而splay由于其灵活性,还可以实现区间的插入,删除和翻转,它甚至还能实现普通线段树具备的功能。

    vector可以以较好的复杂度暴力实现除了splay之外的平衡树能实现的一切操作。

    具体操作:将序列中的数插入一个vector,并始终保持其有序,对于被操作的数x,可以用upper_bound或lower_bound在O(logn)内实现定位,随后的排名,前驱后继问题可以O(1)实现,插入删除需要用insert和erase。这两个操作复杂度似乎是O(n),但由于平衡树的题目中各种操作随机进行,且插入和删除的位置也是随机的,vector暴力的速度不会太慢,在数据较小的时候性能可以与平衡树相媲美。

    例题:Luogu P3369 【模板】普通平衡树(Treap/SBT)题目链接

    题意:写一种数据结构,要求维护一个序列,支持动态插入,删除一个数,同时查询某数的排名和排名为k的数是多少,同时支持查询某数的前驱和后继。

    题解:正解是平衡树,当然块状链表也可以A,也可以用vector暴力实现,具体操作见上文。

    代码:

     1 #include<bits/stdc++.h>
     2 using namespace std;
     3 vector<int>node;
     4 int n;
     5 int main()
     6 {
     7     int i,j,flag,x;
     8     vector<int>::iterator pos,l,r;
     9     cin>>n;
    10     for(i=1;i<=n;i++)
    11     {
    12         scanf("%d%d",&flag,&x);
    13         l=node.begin();r=node.end();
    14         if(flag==1){pos=lower_bound(l,r,x);node.insert(pos,x);}
    15         else if(flag==2){pos=lower_bound(l,r,x);node.erase(pos);}
    16         else if(flag==3){pos=lower_bound(l,r,x);printf("%d
    ",pos-l+1);}
    17         else if(flag==4){printf("%d
    ",*(l+x-1));}
    18         else if(flag==5){pos=lower_bound(l,r,x);printf("%d
    ",*(pos-1));}
    19         else{pos=upper_bound(l,r,x);printf("%d
    ",*(pos));}
    20     }
    21     return 0;
    22 }
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    (3)内存池的另类实现

    一些高级数据结构,其本质是两种数据结构的嵌套,最经典的是树套树。在写这类数据结构时经常会MLE,因此在建树时需要动态申请内存,并在删除时动态回收,这时候就需要以指针为基础的内存池。然而指针操作存在极大的不稳定性,经常会调试很长时间。这时候vector就以其静态数组的稳定性和动态分配内存的灵活性占有较大优势。

    仍然以普通平衡树为例(树套树太难了不会写QAQ),我们分析平衡树代码会发现,使用静态数组时被删除的节点所在编号并不能复用,如果删除操作多一点时会造成很大的内存浪费。我们可以考虑开一个栈,将被删除的节点编号入栈,在插入节点时首先查看栈顶是否为空,如果不为空就将栈顶编号作为新节点编号,初步解决了问题。

    然而,我们不知道在n次操作中平衡树节点最多时有多少个,数组大小仍然没有变化,此时我们需要一个大小随时可增加的数组,将原数组换成vector就可以完美解决问题。栈顶为空时进行push_back,或在长度不够时进行resize都可以解决问题。

    代码:

      1 #include<bits/stdc++.h>
      2 #define lc(x) node[x].ch[0]
      3 #define rc(x) node[x].ch[1]
      4 #define fa(x) node[x].f
      5 using namespace std;
      6 const int maxn=1e5+10;
      7 struct dot{int ch[2],v,s,w,f;};
      8 int n,tot=0,root=0,cap=0;
      9 vector<dot>node;
     10 stack<int>s;
     11 void maintain(int x){node[x].s=node[x].w+node[lc(x)].s+node[rc(x)].s;}
     12 int new_node(int v,int f){if(tot==cap-1){node.resize(cap+1000);cap+=1000;}node[++tot]=(dot){0,0,v,1,1,f};return tot;}
     13 int cmp(int x,int v){return v==node[x].v?-1:v<node[x].v?0:1;}
     14 int get_min(int x){while(lc(x)){x=lc(x);}return x;}
     15 int get_max(int x){while(rc(x)){x=rc(x);}return x;}
     16 int search(int x,int v)
     17 {
     18     if(!x){return 0;}
     19     int d=cmp(x,v);
     20     if(d==-1){return x;}
     21     return search(node[x].ch[d],v);
     22 }
     23 void rotate(int x,int d)
     24 {
     25     int k=fa(x);
     26     node[k].ch[d^1]=node[x].ch[d];if(node[x].ch[d]){fa(node[x].ch[d])=k;}
     27     fa(x)=fa(k);if(fa(k)){int d2=cmp(fa(k),node[k].v);node[fa(k)].ch[d2]=x;}
     28     fa(k)=x;node[x].ch[d]=k;maintain(k);
     29 }
     30 void splay(int x)
     31 {
     32     int y,p,d,d2;
     33     while(fa(x))
     34     {
     35         y=fa(x);p=fa(y);d=cmp(y,node[x].v);
     36         if(!p){rotate(x,d^1);break;}
     37         d2=cmp(p,node[y].v);
     38         if(d^d2){rotate(x,d^1);rotate(x,d2^1);}
     39         else{rotate(y,d2^1);rotate(x,d^1);}
     40     }
     41     root=x;maintain(x);
     42 }
     43 int find(int x,int v)
     44 {
     45     int p=search(x,v);if(!p){return 0;}
     46     splay(p);return p;
     47 }
     48 int insert(int x,int v,int f)
     49 {
     50     if(!x)
     51     {
     52         if(!s.empty()){x=s.top();s.pop();node[x]=(dot){0,0,v,1,1,f};}
     53         else{x=new_node(v,f);}
     54         return x;
     55     }
     56     int d=cmp(x,v);
     57     if(d==-1){node[x].w++;return x;}
     58     int p=insert(node[x].ch[d],v,x);maintain(x);
     59     return p;
     60 }
     61 void add(int v){int p=insert(root,v,0);splay(p);}
     62 int merge(int x,int y)
     63 {
     64     if(!x){return y;}if(!y){return x;}
     65     int p=get_max(x);splay(p);
     66     fa(y)=p;rc(p)=y;
     67     maintain(p);return p;
     68 }
     69 void remove(int v)
     70 {
     71     int x=find(root,v);if(!x){return;}
     72     if(node[x].w>1){node[x].w--;maintain(x);return;}
     73     root=merge(lc(x),rc(x));fa(root)=0;
     74     s.push(x);
     75 }
     76 int rnk(int x,int v)
     77 {
     78     int p=find(x,v);if(!p){return 0;}
     79     return node[lc(p)].s+1;
     80 }
     81 int kth(int x,int k)
     82 {
     83     int s=node[lc(x)].s;int w=node[x].w;
     84     if(s+1<=k&&k<=s+w){return node[x].v;}
     85     else if(k<s+1){return kth(lc(x),k);}
     86     else{return kth(rc(x),k-s-w);}
     87 }
     88 int pre(int x,int v,int ans)
     89 {
     90     if(!x){return ans;}
     91     if(node[x].v<v){return pre(rc(x),v,node[x].v);}
     92     else{return pre(lc(x),v,ans);}
     93 }
     94 int suc(int x,int v,int ans)
     95 {
     96     if(!x){return ans;}
     97     if(node[x].v>v){return suc(lc(x),v,node[x].v);}
     98     else{return suc(rc(x),v,ans);}
     99 }
    100 int main()
    101 {
    102     int i,j,flag,x;
    103     cin>>n;node.resize(cap+1000);cap+=1000;
    104     for(i=1;i<=n;i++)
    105     {
    106         scanf("%d%d",&flag,&x);
    107         if(flag==1){add(x);}
    108         else if(flag==2){remove(x);}
    109         else if(flag==3){printf("%d
    ",rnk(root,x));}
    110         else if(flag==4){printf("%d
    ",kth(root,x));}
    111         else if(flag==5){printf("%d
    ",pre(root,x,0));}
    112         else{printf("%d
    ",suc(root,x,0));}
    113     }
    114     return 0;
    115 }
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