STL 算法库中的 min_element 和 max_element

在 C++ STL中，min_element 和 max_element 是两个非常实用的算法函数，用于快速找到容器或范围内的最小值和最大值，这里以min为例。

头文件：<algorithm>
语法：

template <class ForwardIterator>
ForwardIterator min_element(ForwardIterator first, ForwardIterator last);

template <class ForwardIterator, class Compare>
ForwardIterator min_element(ForwardIterator first, ForwardIterator last, Compare comp);

参数：

• first 和 last：定义要搜索的范围 [first, last)。
• comp（可选）：自定义比较函数，用于指定排序规则。

时间复杂度为 $O(n)$，其中 $n$ 是范围 [first, last) 中的元素数量。空间复杂度为 $O(1)$，因为只使用常量级别的额外空间。

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基本用法

如何使用 min_element 和 max_element 找到数组中的最小值和最大值。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm> 

using namespace std;

int main() {
    vector<int> nums = {4, 2, 9, 1, 7, 3};
    auto min_it = min_element(nums.begin(), nums.end());
    auto max_it = max_element(nums.begin(), nums.end());

    if (min_it != nums.end()) {
        cout << "Min: " << *min_it << endl;
    }
    if (max_it != nums.end()) {
        cout << "Max: " << *max_it << endl;
    }

    return 0;
}

Min: 1
Max: 9

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自定义比较函数

按绝对值大小来寻找最小值。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <cmath> 

using namespace std;

int main() {
    vector<int> nums = {-4, 2, -9, 1, 7, -3};
    auto min_it = min_element(nums.begin(), nums.end(), [](int a, int b) {
        return abs(a) < abs(b);
    });

    if (min_it != nums.end()) {
        cout << "Min value by absolute value: " << *min_it << endl;
    }

    return 0;
}

Min value by absolute value: 1

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同时查找最小值和最大值

如果需要同时查找最小值和最大值，可以结合 minmax_element 使用（这是 min_element 和 max_element 的扩展版本）。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>

using namespace std;

int main() {
    vector<int> nums = {4, 2, 9, 1, 7, 3};

    auto [min_it, max_it] = minmax_element(nums.begin(), nums.end());

    if (min_it != nums.end() && max_it != nums.end()) {
        cout << "Minimum value: " << *min_it << endl;
        cout << "Maximum value: " << *max_it << endl;
    }

    return 0;
}

输出：

Minimum value: 1
Maximum value: 9

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容器为空的情况

如果范围 [first, last) 为空，则 min_element 和 max_element 返回 last。因此，在使用返回值之前，应检查容器是否为空。

if (!nums.empty()) {
    auto min_it = min_element(nums.begin(), nums.end());
    cout << "Min: " << *min_it << endl;
}

自定义cmp

自定义比较函数必须满足严格弱序（strict weak ordering）。简单来说，如果 cmp(a, b) 为真，则 a 应小于 b。如果 cmp(a, b) 和 cmp(b, a) 都为假，则 a 和 b 相等。