大家好，昨天我们学习了二叉搜索树，今天我们来学习一下map和set容器的使用。
目录
1. map和set的使⽤
1.1 序列式容器和关联式容器
今天我们学习的map和set是一种新容器：
1. 前⾯我们已经接触过STL中的部分容器如：string、vector、list、deque、array、forward_list等，这些容器统称为序列式容器，因为逻辑结构为线性序列的数据结构，两个位置存储的值之间⼀般没有紧密的关联关系，⽐如交换⼀下，他依旧是序列式容器。顺序容器中的元素是按他们在容器中的存储位置来顺序保存和访问的。2. 关联式容器也是⽤来存储数据的，与序列式容器不同的是，关联式容器逻辑结构通常是⾮线性结构，两个位置有紧密的关联关系，交换⼀下，他的存储结构就被破坏了。顺序容器中的元素是按关键字来保存和访问的。关联式容器有map/set系列和unordered_map/unordered_set系列。3. 本章节讲解的map和set底层是红⿊树，红⿊树是⼀颗平衡⼆叉搜索树。set是key搜索场景的结构，map是key/value搜索场景的结构。
2. set系列的使⽤
2.1 参考文档
为了了解set的使用，我使用的文档是这个：
https://legacy.cplusplus.com/reference/set/
2.2 set类的介绍
1. set的声明如下，T就是set底层关键字的类型2. set默认要求T⽀持⼩于⽐较，如果不⽀持或者想按⾃⼰的需求⾛可以⾃⾏实现仿函数传给第⼆个模版参数3. set底层存储数据的内存是从空间配置器申请的，如果需要可以⾃⼰实现内存池，传给第三个参数。4. ⼀般情况下，我们都不需要传后两个模版参数。5. set底层是⽤红⿊树实现，增删查效率是 ，迭代器遍历是⾛的搜索树的中序，所以是有序的。 O ( logN )6. 前⾯部分我们已经学习了vector/list等容器的使⽤，STL容器接⼝设计，⾼度相似，所以这⾥我们就不再⼀个接⼝⼀个接⼝的介绍，⽽是直接带着⼤家看⽂档，挑⽐较重要的接⼝进⾏介绍。
2.3 set的构造和迭代器
set的构造我们关注以下⼏个接⼝即可。set的⽀持正向和反向迭代遍历，遍历默认按升序顺序，因为底层是⼆叉搜索树，迭代器遍历⾛的中序；⽀持迭代器就意味着⽀持范围for，set的iterator和const_iterator都不⽀持迭代器修改数据，修改关键字数据，破坏了底层搜索树的结构。
对于(1)，这是默认构造函数，(2)是区间构造，可以是迭代器区间，(3)是拷贝构造，(5)是列表构造：
int main()
{
//默认构造
set<int> s1;
//区间构造
int arr[] = { 10,20,30,40,50 };
set<int> s2(arr, arr + 5);
//拷贝构造
set<int> s3(s2);
//迭代器区间构造
set<int> s4(s3.begin(), s3.end());
//void insert(initializer_list<value_type> il);
//sort，insert，add可以看作是列表，进行列表插入
set<string> strset = { "sort", "insert", "add" };
//隐式类型转换，把sort，insert，add转为set对象再拷贝构造给strset
set<string> strset({ "sort", "insert", "add" });
//走构造函数
return 0;
}// 迭代器是⼀个双向迭代器
iterator->a bidirectional iterator to const value_type
// 正向迭代器
iterator begin();
iterator end();
// 反向迭代器
reverse_iterator rbegin();
reverse_iterator rend();对于set的迭代器，支持访问但不支持修改。
2.4 set的增删查
和二叉搜索树一样，支持增删查，但缺不支持改。
// 单个数据插⼊，如果已经存在则插⼊失败
pair<iterator,bool> insert (const value_type& val);
// 列表插⼊，已经在容器中存在的值不会插⼊
void insert (initializer_list<value_type> il);
// 迭代器区间插⼊，已经在容器中存在的值不会插⼊
template <class InputIterator>
void insert (InputIterator first, InputIterator last);
// 查找val，返回val所在的迭代器，没有找到返回end()
iterator find (const value_type& val);
// 查找val，返回Val的个数
size_type count (const value_type& val) const;
// 删除⼀个迭代器位置的值
iterator erase (const_iterator position);
// 删除val，val不存在返回0，存在返回1
size_type erase (const value_type& val);
// 删除⼀段迭代器区间的值
iterator erase (const_iterator first, const_iterator last);
// 返回⼤于等val位置的迭代器
iterator lower_bound (const value_type& val) const;
// 返回⼤于val位置的迭代器
iterator upper_bound (const value_type& val) const;2.5 insert和迭代器遍历使⽤样例：
int main()
{
// 去重+升序排序
set<int> s;
// 去重+降序排序（给⼀个⼤于的仿函数）
//set<int, greater<int>> s;
s.insert(5);
s.insert(2);
s.insert(7);
s.insert(5);
//set<int>::iterator it = s.begin();
auto it = s.begin();
while (it != s.end())
{
// error C3892: “it”: 不能给常量赋值
// *it = 1;
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
// 插⼊⼀段initializer_list列表值，已经存在的值插⼊失败
s.insert({ 2,8,3,9 });
for (auto e : s)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
set<string> strset = { "sort", "insert", "add" };
// 遍历string⽐较ascll码⼤⼩顺序遍历的
for (auto& e : strset)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}因为set迭代器不支持修改数据，所以给*it赋值会报错。
2.6 find和erase使⽤样例：
int main()
{
set<int> s = { 4,2,7,2,8,5,9 };
for (auto e : s)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
// 删除最⼩值
s.erase(s.begin());
for (auto e : s)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
// 直接删除x
int x;
cin >> x;
int num = s.erase(x);
if (num == 0)
{
cout << x << "不存在！" << endl;
}
for (auto e : s)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
// 直接查找在利⽤迭代器删除x
cin >> x;
auto pos = s.find(x);
if (pos != s.end())
{
s.erase(pos);
}
else
{
cout << x << "不存在！" << endl;
}
for (auto e : s)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
// 算法库的查找 O(N)
auto pos1 = find(s.begin(), s.end(), x);
// set⾃⾝实现的查找 O(logN)
auto pos2 = s.find(x);
// 利⽤count间接实现快速查找
cin >> x;
if (s.count(x))
{
cout << x << "在！" << endl;
}
else
{
cout << x << "不存在！" << endl;
}
return 0;
}迭代器是按照set的中序遍历走的，所以set中的最小值就是迭代器的起始位置，也就是begin()，当我们输入值进行删除时，返回值是该数在set中的个数，对于使用迭代器进行删除，在删除后，迭代器会失效。相比算法库的查找和set自身的查找，自身的查找是根据二叉搜索树来进行的，所以最多查找logN次，而算法库的查找是一个一个进行查找，最多查找N次。
int main()
{
std::set<int> myset;
for (int i = 1; i < 10; i++)
myset.insert(i * 10); // 10 20 30 40 50 60 70 80 90
for (auto e : myset)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
// 实现查找到的[itlow,itup)包含[30, 60]区间
// 返回 >= 30
auto itlow = myset.lower_bound(30);
// 返回 > 60
auto itup = myset.upper_bound(60);
// 删除这段区间的值
myset.erase(itlow, itup);
for (auto e : myset)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
return 0;
}在查找这里还有两个函数lower_bound 和 upper_bound，第一个是查找大于等于给定数值的迭代器，第二个是查找大于给定数值的迭代器，通过erase可以删除这两个迭代器区间内的值。
我们删除了30到60之间的所有值。
2.7 multiset和set的差异
multiset和set的使⽤基本完全类似，主要区别点在于multiset⽀持值冗余，那么
insert/find/count/erase都围绕着⽀持值冗余有所差异，具体参看下⾯的样例代码理解。
int main()
{
multiset<int> s = { 4,2,7,2,4,8,4,5,4,9 };
auto it = s.begin();
while (it != s.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
// 相⽐set不同的是，x可能会存在多个，find查找中序的第⼀个
int x;
cin >> x;
auto pos = s.find(x);
while (pos != s.end() && *pos == x)
{
cout << *pos << " ";
++pos;
}
cout << endl;
// 相⽐set不同的是，count会返回x的实际个数
cout << s.count(x) << endl;
// 相⽐set不同的是，erase给值时会删除所有的x
s.erase(x);
for (auto e : s)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
return 0;
}count函数会返回在multiset中该数据的个数，在set中只有0和1两种结果，但在multiset中有更多种结果，在multiset中的erase函数会删除给定的所有值。
2.8 关于set的题目
两个数组的交集：
class Solution {
public:
vector<int> intersection(vector<int>& nums1, vector<int>& nums2) {
set<int> s1(nums1.begin(),nums1.end());
set<int> s2(nums2.begin(),nums2.end());
vector<int> tmp;
auto it1=s1.begin();
auto it2=s2.begin();
while(it1!=s1.end()&&it2!=s2.end())
{
if(*it1==*it2)
{
tmp.push_back(*it1);
it1++;
it2++;
}
else if(*it1<*it2)
{
it1++;
}
else{
it2++;
}
}
return tmp;
}
};我们使用两个set分别存放两个数组的数据，然后两个set分别创建一个迭代器进行比较，当迭代器指向的值相同的时候，则该值为交集，随后两个迭代器都向后移动，当迭代器指向的值不相同的时候，我们让指向值小的迭代器向后移动，因为迭代器是按照中序遍历走的，小值的后面是大值，但大值后面不可能是小值。
环形链表：
class Solution {
public:
ListNode *detectCycle(ListNode *head) {
set<ListNode*> s;
ListNode* cur=head;
while(cur)
{
if(s.count(cur)==0)
{
s.insert(cur);
cur=cur->next;
}
else{
return cur;
}
}
return nullptr;
}
};数据结构初阶阶段，我们通过证明⼀个指针从头开始⾛⼀个指针从相遇点开始⾛，会在⼊⼝点相遇，理解证明都会很⿇烦。这⾥我们使⽤set查找记录解决⾮常简单⽅便，这⾥体现了set在解决⼀些问题时的价值。
3. map系列的使⽤
3.1 map和multimap参考⽂档
https://legacy.cplusplus.com/reference/map/
3.2 map类的介绍
map的声明如下，Key就是map底层关键字的类型，T是map底层value的类型，set默认要求Key⽀持⼩于⽐较，如果不⽀持或者需要的话可以⾃⾏实现仿函数传给第⼆个模版参数，map底层存储数据的内存是从空间配置器申请的。⼀般情况下，我们都不需要传后两个模版参数。map底层是⽤红⿊树实现，增删查改效率是 O(logN ) ，迭代器遍历是⾛的中序，所以是按key有序顺序遍历的。
3.3 pair类型介绍
map底层的红⿊树节点中的数据，使⽤pair<Key, T>存储键值对数据。
typedef pair<const Key, T> value_type;
template <class T1, class T2>
struct pair
{
typedef T1 first_type;
typedef T2 second_type;
T1 first;
T2 second;
pair() : first(T1()), second(T2())
{}
pair(const T1& a, const T2& b) : first(a), second(b)
{}
template<class U, class V>
pair(const pair<U, V>& pr) : first(pr.first), second(pr.second)
{}
};
template <class T1, class T2>
inline pair<T1, T2> make_pair(T1 x, T2 y)
{
return (pair<T1, T2>(x, y));
}map中的Key和T分别对应pair中的first和second，pair是一个模板类，make_pair是一个模板函数，该函数能把两个类型的数据整合成一个pair类型的数据。
3.4 map的构造
map的构造我们关注以下⼏个接⼝即可。map的⽀持正向和反向迭代遍历，遍历默认按key的升序顺序，因为底层是⼆叉搜索树，迭代器遍历⾛的中序；⽀持迭代器就意味着⽀持范围for，map⽀持修改value数据，不⽀持修改key数据，修改关键字数据，破坏了底层搜索树的结构
// empty (1) ⽆参默认构造
explicit map(const key_compare& comp = key_compare(),
const allocator_type& alloc = allocator_type());
// range (2) 迭代器区间构造
template <class InputIterator>
map(InputIterator first, InputIterator last,
const key_compare& comp = key_compare(),
const allocator_type & = allocator_type());
// copy (3) 拷⻉构造
map(const map& x);
// initializer list (5) initializer 列表构造
map(initializer_list<value_type> il,
const key_compare& comp = key_compare(),
const allocator_type& alloc = allocator_type());
// 迭代器是⼀个双向迭代器
iterator->a bidirectional iterator to const value_type
// 正向迭代器
iterator begin();
iterator end();
// 反向迭代器
reverse_iterator rbegin();
reverse_iterator rend();3.5 map的增删查
map的增删查关注以下⼏个接⼝即可：
map增接⼝，插⼊的pair键值对数据，跟set所有不同，但是查和删的接⼝只⽤关键字key跟set是完全类似的，不过find返回iterator，不仅仅可以确认key在不在，还找到key映射的value，同时通过迭代还可以修改value
// 单个数据插⼊，如果已经key存在则插⼊失败,key存在相等value不相等也会插⼊失败
pair<iterator, bool> insert(const value_type& val);
// 列表插⼊，已经在容器中存在的值不会插⼊
void insert(initializer_list<value_type> il);
// 迭代器区间插⼊，已经在容器中存在的值不会插⼊
template <class InputIterator>
void insert(InputIterator first, InputIterator last);
// 查找k，返回k所在的迭代器，没有找到返回end()
iterator find(const key_type& k);
// 查找k，返回k的个数
size_type count(const key_type& k) const;
// 删除⼀个迭代器位置的值
iterator erase(const_iterator position);
// 删除k，k存在返回0，存在返回1
size_type erase(const key_type& k);
// 删除⼀段迭代器区间的值
iterator erase(const_iterator first, const_iterator last);
// 返回⼤于等k位置的迭代器
iterator lower_bound(const key_type & k);
// 返回⼤于k位置的迭代器
const_iterator lower_bound(const key_type& k) const;对于insert函数，返回值是一个pair类型的数据，它的first是迭代器，second是插入是否成功。对于插入成功的数据，返回的是该值的迭代器，map的插入只和key有关，只要key相同，value是否相同都不会进行插入，所以当key值存在时，插入失败，此时first是map中该数据的迭代器。
3.6 map的数据修改
前⾯提到map⽀持修改mapped_type 数据，不⽀持修改key数据，修改关键字数据，破坏了底层搜索树的结构。map第⼀个⽀持修改的⽅式时通过迭代器，迭代器遍历时或者find返回key所在的iterator修改，map还有⼀个⾮常重要的修改接⼝operator[]，但是operator[]不仅仅⽀持修改，还⽀持插⼊数据和查找数据，所以他是⼀个多功能复合接⼝需要注意从内部实现⻆度，map这⾥把我们传统说的value值，给的是T类型，typedef为mapped_type。⽽value_type是红⿊树结点中存储的pair键值对值。⽇常使⽤我们还是习惯将这⾥的T映射值叫做value。
map中有一个运算符重载函数operator[]，该函数不仅可以修改，还可以进行插入和查找。
// operator的内部实现
mapped_type& operator[] (const key_type& k)
{
pair<iterator, bool> ret = insert({ k, mapped_type() });
iterator it = ret.first;
return it->second;
}该运算符重载和前面的insert有关，当我们输入一个key值后，会进行insert：
1、如果key已经在map中，插⼊失败，则返回⼀个pair<iterator,bool>对象，返回pair对象first是key所在结点的迭代器，second是false2、如果key不在在map中，插⼊成功，则返回⼀个pair<iterator,bool>对象，返回pair对象first是新插⼊key所在结点的迭代器，second是true3、也就是说⽆论插⼊成功还是失败，返回pair<iterator,bool>对象的first都会指向key所在的迭代器，那么也就意味着insert插⼊失败时充当了查找的功能，正是因为这⼀点，insert可以⽤来实现operator[]1、如果k不在map中，insert会插⼊k和mapped_type默认值，同时[]返回结点中存储mapped_type值的引⽤，那么我们可以通过引⽤修改返映射值。所以[]具备了插⼊+修改功能 2、如果k在map中，insert会插⼊失败，但是insert返回pair对象的first是指向key结点的迭代器，返回值同时[]返回结点中存储mapped_type值的引⽤，所以[]具备了查找+修改的功能
int main()
{
// initializer_list构造及迭代遍历
map<string, string> dict = { {"left", "左边"}, {"right", "右边"},
{"insert", "插⼊"},{ "string", "字符串" } };
//map<string, string>::iterator it = dict.begin();
auto it = dict.begin();
while (it != dict.end())
{
//cout << (*it).first <<":"<<(*it).second << endl;
// map的迭代基本都使⽤operator->,这⾥省略了⼀个->
// 第⼀个->是迭代器运算符重载，返回pair*，第⼆个箭头是结构指针解引⽤取pair数据
//cout << it.operator->()->first << ":" << it.operator->()->second << endl;
cout << it->first << ":" << it->second << endl;
++it;
}
cout << endl;
// insert插⼊pair对象的4种⽅式，对⽐之下，最后⼀种最⽅便
pair<string, string> kv1("first", "第⼀个");
dict.insert(kv1);
dict.insert(pair<string, string>("second", "第⼆个"));
dict.insert(make_pair("sort", "排序"));
dict.insert({ "auto", "⾃动的" });
// "left"已经存在，插⼊失败
dict.insert({ "left", "左边，剩余" });
// 范围for遍历
for (const auto& e : dict)
{
cout << e.first << ":" << e.second << endl;
}
cout << endl;
string str;
while (cin >> str)
{
auto ret = dict.find(str);
if (ret != dict.end())
{
cout << "->" << ret->second << endl;
}
else
{
cout << "⽆此单词，请重新输⼊" << endl;
}
}
// erase等接⼝跟set完全类似，这⾥就不演⽰讲解了
return 0;
}对于4种insert的方法，第一种是使用pair对象进行插入，第二种是使用匿名对象进行插入，第三种是通过函数make_pair的返回值进行插入，第四种是使用单参数的隐式类型转换，相比之下，第四种最简洁。
3.7 multimap和map的差异
multimap和map的使⽤基本完全类似，主要区别点在于multimap⽀持关键值key冗余，那么insert/find/count/erase都围绕着⽀持关键值key冗余有所差异，这⾥跟set和multiset完全⼀样，⽐如find时，有多个key，返回中序第⼀个。其次就是multimap不⽀持[]，因为⽀持key冗余，[]就只能⽀持插⼊了，不能⽀持修改。
3.8 关于map的题目
随机链表的复制：
class Solution {
public:
Node* copyRandomList(Node* head) {
map<Node*,Node*> nodemap;
Node* cur=head;
Node* copyhead=nullptr,* copytail=nullptr;
while(cur)
{
if(copyhead==nullptr)
{
copytail=copyhead=new Node(cur->val);
}
else{
copytail->next=new Node(cur->val);
copytail=copytail->next;
}
nodemap[cur]=copytail;
cur=cur->next;
}
cur=head;
Node* copy=copyhead;
while(cur)
{
if(cur->random==nullptr)
{
copy->random=nullptr;
}
else{
copy->random=nodemap[cur->random];
}
cur=cur->next;
copy=copy->next;
}
return copyhead;
}
};数据结构初阶阶段，为了控制随机指针，我们将拷⻉结点链接在原节点的后⾯解决，后⾯拷⻉节点还得解下来链接，⾮常⿇烦。这⾥我们直接让{原结点,拷⻉结点}建⽴映射关系放到map中，控制随机指针会⾮常简单⽅便，这⾥体现了map在解决⼀些问题时的价值，完全是降维打击。
前k个高频词：
class Solution {
public:
struct compare{
bool operator()(const pair<string,int>& p1,const pair<string,int>& p2)
{
return p1.second>p2.second||(p1.second==p2.second&&p1.first<p2.first);
}
};
vector<string> topKFrequent(vector<string>& words, int k) {
map<string,int> m;
for(auto& e: words)
{
m[e]++;
}
vector<pair<string,int>> v(m.begin(),m.end());
sort(v.begin(),v.end(),compare());
vector<string> vv;
for(int i=0;i<k;i++)
{
vv.push_back(v[i].first);
}
return vv;
}
};本题⽬我们利⽤map统计出次数以后，返回的答案应该按单词出现频率由⾼到低排序，有⼀个特殊要求，如果不同的单词有相同出现频率，按字典顺序排序。
⽤排序找前k个单词，因为map中已经对key单词排序过，也就意味着遍历map时，次数相同的单词，字典序⼩的在前⾯，字典序⼤的在后⾯。那么我们将数据放到vector中⽤⼀个稳定的排序就可以实现上⾯特殊要求，但是sort底层是快排，是不稳定的，所以我们要⽤stable_sort，他是稳定的。
当然也可以实现仿函数改变比较的规则。这里就用到了仿函数，当出现次数不同的时候，按照出现次数进行比较，若出现次数相同，则按照字典序进行比较。
好了，今天的内容就是这些，我们下次再见。