在前面插入向量答案

【问题标题】：Inserting into a vector at the front在前面插入向量
【发布时间】：2010-11-19 15:44:33
【问题描述】：

iterator insert ( iterator position, const T& x );

是std::Vector类的插入操作符的函数声明。

这个函数的返回类型是一个指向被插入元素的迭代器。我的问题是，考虑到这种返回类型，什么是最有效的方式（这是我正在运行的一个更大程序的一部分，其中速度至关重要，所以我正在寻找最计算效率最高的方式) 在开头插入。是以下吗？

//Code 1
vector<int> intvector;
vector<int>::iterator it;
it = myvector.begin();
for(int i = 1; i <= 100000; i++){
    it = intvector.insert(it,i);
}

或者，

//Code 2
vector<int> intvector;
for(int i = 1; i <= 100000; i++){
    intvector.insert(intvector.begin(),i);
}

本质上，在代码 2 中，是参数，

intvector.begin()

与在代码 1 中使用返回的迭代器相比，计算“成本高”还是应该同样便宜/昂贵？

【问题讨论】：

添加到向量的前面意味着将所有其他元素向后移动。如果您想（不断执行）前插入，您可能真的想使用list 或deque。
了解如何加速程序的唯一方法是分析。您应该先编程，然后对其进行分析并找出答案。别猜了。做第二个，它更干净。（显然，这些微优化永远不会产生影响；例如，您应该使用可以更快地插入到前面的容器，例如 deque。）
您也可以使用 IgushArray (github.com/igushev/IgushArray)，它像数组一样具有快速的常量时间访问操作，但插入/擦除操作只需 O (N^1/2) 时间。注意，结构对reserve()非常敏感
有一个版本的vector::insert 将一个范围（两个迭代器）作为参数而不是一个值。获取一个迭代器（最好是随机访问，但至少向前）来生成要添加的整数，然后调用一次插入：这样，向量将进行一次重新分配+洗牌，为所有新值腾出空间.
std::vector::insert() 可以使您的迭代器无效，因为它可能会导致向量调整大小。

标签： c++ performance vector

【解决方案1】：

如果您的程序的关键需求之一是在容器的开头插入元素：那么您应该使用std::deque 而不是std::vector。 std::vector 只擅长在末尾插入元素。

在 C++11 中引入了其他容器。我应该开始使用这些新容器查找更新后的图表并将其插入此处。

【讨论】：

使用list 的唯一情况是当您需要splice 成员时。请改用deque。
不只是。根据这个图，在中间插入时我们应该使用std::list。
@Billy -- 这不是使用列表的唯一情况。如果您需要频繁地从列表中间插入或删除元素，或者调用需要这些操作的函数（如拼接或排序），则使用列表
@PigBen：排序实际上会在列表上变慢，因为排序实际上并没有删除任何东西——它只需要比较和交换。（好吧，如果您的对象很大，交换操作可以稍微便宜一些，但这是一个不正常的用例）“在中间插入”参数的问题是到达列表的中间需要线性时间。如果你可以让迭代器指向你需要的地方，那么一定要使用 list.但是，我认为我从未见过有人为此目的使用列表。通常需要的是双端队列。
看起来原版在这里...？ linuxsoftware.co.nz/cppcontainers.html

【解决方案2】：

获取插入点的效率一点也不重要 - 每次插入时都会不断地将现有数据打乱，效率低下，这将相形见绌。

为此使用 std::deque，这就是它的设计目的。

【讨论】：

【解决方案3】：

一个旧线程，但它作为 Google 查询的第一个搜索结果出现在同事的办公桌上。

除了使用双端队列之外，还有一种值得考虑的选择：

std::vector<T> foo;
for (int i = 0; i < 100000; ++i)
  foo.push_back(T());
std::reverse( foo.begin(), foo.end() );

你仍然使用一个比 deque 更加工程化的向量来提高性能。此外，交换（这是反向使用的）非常有效。另一方面，复杂度仍然是线性的，但增加了 50%。

与往常一样，在决定做什么之前进行衡量。

【讨论】：

人们说双端队列，但问题是向量。这个回复，恕我直言，最适合

【解决方案4】：

deque 很可能是其他人建议的适当解决方案。但是为了完整起见，假设您只需要进行一次前端插入，程序中的其他地方您不需要在前端进行其他操作，否则vector 提供了您需要的接口。如果所有这些都是真的，您可以使用非常有效的 push_back 添加项目，然后添加 reverse 向量以使所有内容井井有条。这将具有线性复杂性，而不是像在前面插入时那样的多项式。

【讨论】：

+1 以获得问题的解决方案。也许稍后在代码中拥有一个向量很重要。此外，使用reserve 已经预留内存并节省不断重新预留的开销可能会更糟。

【解决方案5】：

如果您正在寻找一种计算效率高的在前面插入的方法，那么您可能希望使用双端队列而不是向量。

【讨论】：

谢谢。我会研究双端队列。我希望像vector类一样，deque类也允许通过object[index]访问它的元素。在我的应用程序中，插入是问题的一部分......访问元素是另一个问题。
@Tryer，是的，双端队列支持通过[] 表示法进行快速访问。不如矢量快，但足以满足大多数用途。

【解决方案6】：

当您使用向量时，您通常会知道它将包含的实际元素数量。在这种情况下，保留所需数量的元素（在您展示的情况下为 100000）并使用 [] 运算符填充它们是最快的方法。如果您确实需要在前面进行高效插入，可以使用deque 或list，具体取决于您的算法。

您还可以考虑反转算法的逻辑并在末尾插入，这通常对于向量来说更快。

【讨论】：

Operator[] 并不比任何与迭代器相关的方法快，或者实际上是任何其他填充容器的方法（即std::generate_n）。保留并不能真正解决这里发生的事情。是的，你节省了一点分配，但你仍然得到了 n 平方的整体运算。
@Bill：是的，操作符并不比迭代器或生成函数快。我只是指出，在开始时保留所需的空间（如果他或她知道它有多少）然后通过操作员访问它也可以节省时间并且通常使算法更清晰。但同样，取决于算法。

【解决方案7】：

如果您真的想在开头插入数据，我认为您应该更改容器的类型。这就是vector没有push_front()成员函数的原因。

【讨论】：

【解决方案8】：

直觉上，我同意@Happy Green Kid Naps 的观点，并进行了一个小测试，表明对于小尺寸（原始数据类型的 1 std::deque 似乎比反转 std::vector 具有更高的性能。因此，在您决定之前进行基准测试。另一个因素可能是容器的元素类型。

测试 1：push_front (a) 1std::deque
测试 2：push_back (a) 1std::vector 后跟 std::reverse

结果：

测试 1 - 双端队列 (a) 19 µs
测试 2 - 矢量 (a) 19 µs
测试 1 - 双端队列 (b) 6339 µs
测试 2 - 向量 (b) 10588 µs

【讨论】：

【解决方案9】：

你可以支持-

在前面插入。
在末尾插入。
在任何位置更改值（不会出现在双端队列中）
在任何索引处访问值（不会出现在双端队列中）

以上所有操作的时间复杂度为 O(1)

注意：你只需要知道 max_size 的上限，它可以左右进入。

class Vector{
public:
    int front,end;
    int arr[100100];   // you should set this in according to 2*max_size
    Vector(int initialize){
        arr[100100/2] = initialize; // initializing value 
        front = end = 100100/2;     
        front--;end++;
    }
    void push_back(int val){
        arr[end] = val;
        end++;
    }
    void push_front(int val){
        if(front<0){return;} // you should set initial size accordingly
        arr[front] = val;
        front--;
    }
    int value(int idx){
        return arr[front+idx];
    }
    // similarity create function to change on any index
};

int main(){
    Vector v(2);
    for(int i=1;i<100;i++){
        // O(1)
        v.push_front(i);
    }

    for(int i=0;i<20;i++){
        // to access the value in O(1)
        cout<<v.value(i)<<" ";
    }
    return;
}

【讨论】：