map和set的使用
1. 序列式容器和关联式容器
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。
**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。
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 set和multiset参考文档
2.2 set类的介绍
set的声明如下，T就是set底层关键字的类型
• 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
• 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。
• ⼀般情况下，我们都不需要传后两个模版参数。
• 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（左根右），所以是有序的。O(logN)
• 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。
1、构造
2、析构
3、赋值
二、迭代器（双向迭代器，因为begin，rbegin）
2.4 set的增删查
Member types
key_type -> The first template parameter (T)
value_type -> The first template parameter (T)
// 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：
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<iostream>
#include<set>
using namespace std;
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;
set<int, greater<int>> s = {10,6,12,1};
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;
return 0;
}
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());//升序第一个数为最小值，如果要删除最大值，那就erase（end-1）；
for (auto e : s)
{
cout << e << " ";
}
直接删除x
//cout << endl;
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;
}
拓展
lower_bound和upper_bound使用样例（区间）
int main()
{
std::set<int> myset = {10,20,35,40,50,65,70,80,90};
//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;
}
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()
{
// 相⽐set不同的是，multiset是排序，但是不去重
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;
}
2.8 349. 两个数组的交集 - 力扣（LeetCode）
题目
按照升序，依次比较：
1、小的++
2、相等的就是交集，同时++其中一个结束就结束了。
class Solution {
public:
vector<int> intersection(vector<int>& nums1, vector<int>& nums2) {
//排序+去重
set<int> s1(nums1.begin(),nums1.end());
set<int> s2(nums2.begin(),nums2.end());
// 因为set遍历是有序的，有序值，依次⽐较
// ⼩的++，相等的就是交集
vector<int> ret;
auto it1 =s1.begin();
auto it2 = s2.begin();
while(it1!=s1.end()&&it2!=s2.end())
{
if(*it1>*it2)
{
it2++;
}
else if(*it1<*it2)
{
it1++;
}
else
{
ret.push_back(*it1);//使用stl 《vector》
it2++;
it1++;
}
}
return ret;
}
};
2.9 142. 环形链表 II - 力扣（LeetCode）
首先遍历节点插入set，当遇到入环节点的时候，set里一定是有存入过了
所以每次插入前就判断下count是否为真，如果为真则表示这个节点已经出现过了，他就是入环节点
/**
* Definition for singly-linked list.
* struct ListNode {
* int val;
* ListNode *next;
* ListNode(int x) : val(x), next(NULL) {}
* };
*/
class Solution {
public:
ListNode *detectCycle(ListNode *head) {
set<ListNode*> s;
ListNode* cur = head;
while(cur)
{
if(s.count(cur))//如果出现交叉点返回
return cur;
else//没出现就插入
s.insert(cur);
cur= cur->next;
}
return nullptr;
}
};
拓展 同步对比算法
3. map系列的使用
3.1 map和multimap参考文档
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。
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
3.6 map的数据修改
前⾯我提到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。
std::map::operator[]集齐了3种功能：插入，查找，修改
Member types
key_type -> The first template parameter (Key)
mapped_type -> The second template parameter (T)
value_type -> pair<const key_type,mapped_type>
// 查找k，返回k所在的迭代器，没有找到返回end()，如果找到了通过iterator可以修改key对应的
mapped_type值
iterator find (const key_type& k);
// ⽂档中对insert返回值的说明
// The single element versions (1) return a pair, with its member pair::first
set to an iterator pointing to either the newly inserted element or to the
element with an equivalent key in the map. The pair::second element in the pair
is set to true if a new element was inserted or false if an equivalent key
already existed.
// insert插⼊⼀个pair<key, T>对象
// 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false
// 2、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true
// 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[]
// 需要注意的是这⾥有两个pair，不要混淆了，⼀个是map底层红⿊树节点中存的pair<key, T>，另
⼀个是insert返回值pair<iterator,bool>
pair<iterator,bool> insert (const value_type& val);
mapped_type& operator[] (const key_type& k);
// operator的内部实现
mapped_type& operator[] (const key_type& k)
{
// 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
pair<iterator, bool> ret = insert({ k, mapped_type() });
iterator it = ret.first;
return it->second;
}
3.7 构造遍历及增删查使用样例
insert插入pair对象的4种方式，对此之下，最后一种最方便
dict.insert({ “auto”, “自动的” });//注意：括号里面要加大括号
/map
#include<map>
int main()
{
//pair<string, string> kv1 = { "left","左边" };
// 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;//pair不支持流插入流提取
cout << it->first << ": " <<it->second<< endl;//pair不支持流插入流提取
//修改
//it->first += 'x';
//it->second += 'x';
//cout << it.operator->()->first << ": " <<it.operator->()->second << endl;//pair不支持流插入流提取
++it;
}
cout << endl;
//insert插入pair对象的4种方式，对此之下，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" });//注意：括号里面要加大括号
// 范围for遍历
for (const auto& e : dict)
{
cout << e.first << ":" << e.second << endl;
}
cout << endl;
结构化绑定（c++17才支持）
//for (const auto& [k, v]:dict)
//{
// cout << k << ":" << v << 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;
}
}
return 0;
}
3.8 map的迭代器和[]功能样例：
#include<map>
int main()
{
//map<string, string> dict;
//dict.insert(make_pair("sort", "排序"));
key不存在->插⼊ {"insert", string()}
//dict["insert"];
插⼊+修改
//dict["left"] = "左边";
修改
//dict["left"] = "左边、剩余";
key存在->查找
//cout << dict["left"] << endl;
// 利⽤[]插⼊+修改功能，巧妙实现统计⽔果出现的次数
string arr[] = { "苹果", "西⽠", "苹果", "西⽠", "苹果", "苹果", "西⽠",
"苹果", "⾹蕉", "苹果", "⾹蕉" };
map<string, int> countMap;
for (const auto& str : arr)
{
// []先查找⽔果在不在map中
// 1、不在，说明⽔果第⼀次出现，则插⼊{⽔果, 0}，同时返回次数的引⽤，++⼀下就变成1次了
// 2、在，则返回⽔果对应的次数++
countMap[str]++;
}
for (const auto& e : countMap)
{
cout << e.first << ":" << e.second << endl;
}
cout << endl;
return 0;
}
3.9 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。
3.10 138. 随机链表的复制 - 力扣（LeetCode）
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
/*
// Definition for a Node.
class Node {
public:
int val;
Node* next;
Node* random;
Node(int _val) {
val = _val;
next = NULL;
random = NULL;
}
};
*/
class Solution {
public:
Node* copyRandomList(Node* head) {
map<Node*,Node*> nodeMap;
Node* copyhead = nullptr,*copytail = nullptr;
Node* cur = head;
while(cur)
{
if(copytail==nullptr)
{
copyhead = copytail =new Node(cur->val) ;
}
else
{
copytail->next = new Node(cur->val);
copytail = copytail->next;
}
//原结点拷贝节点map kv存储
nodeMap[cur]=copytail;
cur=cur->next;
}
//处理random
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;
}
};
3.11 692. 前K个⾼频单词 - 力扣（LeetCode）
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。
解决思路1：
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。
class Solution {
public:
struct Compare{
bool operator()(const pair<string,int>&x,const pair<string,int>&y)
{
return x.second>y.second;
}
};
vector<string> topKFrequent(vector<string>& words, int k) {
map<string,int> countMap;
for(auto e:words)
{
countMap[e]++;
}
vector<pair<string,int>> v(countMap.begin(),countMap.end());
//仿函数控制降序
stable_sort(v.begin(),v.end(),Compare());
//sort(v.begin(), v.end(), Compare());
//取前k个
vector<string>strV;
for(int i = 0;i<k;++i)
{
strV.push_back(v[i].first);
}
return strV;
}
};
解决思路2：
将map统计出的次数的数据放到vector中排序，或者放到priority_queue中来选出前k个。利⽤仿函数强⾏控制次数相等的，字典序⼩的在前⾯。
class Solution {
public:
struct Compare
{
bool operator()(const pair<string, int>& x, const pair<string, int>& y)
const
{
return x.second > y.second || (x.second == y.second && x.first <
y.first);;
}
};
vector<string> topKFrequent(vector<string>& words, int k) {
map<string, int> countMap;
for(auto& e : words)
{
countMap[e]++;
}
vector<pair<string, int>> v(countMap.begin(), countMap.end());
// 仿函数控制降序,仿函数控制次数相等，字典序⼩的在前⾯
sort(v.begin(), v.end(), Compare());
// 取前k个
vector<string> strV;
for(int i = 0; i < k; ++i)
{
strV.push_back(v[i].first);
}
return strV;
}
};
解法3
// 将map中的<单词，次数>放到priority_queue中，仿函数控制⼤堆，次数相同按照字典序规则排序
class Solution {
public:
struct Compare
{
bool operator()(const pair<string, int>& x, const pair<string, int>& y)
const
{
// 要注意优先级队列底层是反的，⼤堆要实现⼩于⽐较，所以这⾥次数相等，想要字典
序⼩的在前⾯要⽐较字典序⼤的为真
return x.second < y.second || (x.second == y.second && x.first >
y.first);
}
};
vector<string> topKFrequent(vector<string>& words, int k) {
map<string, int> countMap;
for(auto& e : words)
{
countMap[e]++;
}
// 将map中的<单词，次数>放到priority_queue中，仿函数控制⼤堆，次数相同按照字典序规则排序
priority_queue<pair<string, int>, vector<pair<string, int>>, Compare>
p(countMap.begin(), countMap.end());
vector<string> strV;
for(int i = 0; i < k; ++i)
{
strV.push_back(p.top().first);
p.pop();
}
return strV;
}
};
总结
以上就是map,set的全部内容了，本章的stl容器用的很多，很重要，请大家反复观看练习。喜欢博主写的内容可以一键三连。今天是清明假期的最后一天，祝大家假期快乐！！！！