在 C++ 中检查向量的所有元素是不是相等

Posted 2023-02-16

【中文标题】在 C++ 中检查向量的所有元素是不是相等

【英文标题】：Checking if all elements of a vector are equal in C++在 C++ 中检查向量的所有元素是否相等

【发布时间】：2013-11-29 13:37:21

【问题描述】：

如果我有一个值向量并想检查它们是否都相同，那么在 C++ 中有效地执行此操作的最佳方法是什么？如果我用 R 之类的其他语言编程，我想到的一种方法是只返回容器的唯一元素，然后如果唯一元素的长度大于 1，我知道所有元素不可能相同。在 C++ 中，可以这样完成：

//build an int vector
std::sort(myvector.begin(), myvector.end());
std::vector<int>::iterator it;
//Use unique algorithm to get the unique values.
it = std::unique(myvector.begin(), myvector.end());
positions.resize(std::distance(myvector.begin(),it));
if (myvector.size() > 1) 
    std::cout << "All elements are not the same!" << std::endl;

但是在互联网上阅读时，我看到了其他答案，例如使用 set 或 find_if 算法。那么最有效的方法是什么，为什么？我想我的方法不是最好的，因为它涉及对每个元素进行排序，然后调整向量的大小 - 但也许我错了。

【问题讨论】：

之前有人问过这个问题：***.com/questions/15531258/… 那里的答案指出，重要的是，O(n) compare-all-to-the-first 方法的效率可以通过确保你获得一旦找到第一个不相等的元素，就中断循环。

数组版本：***.com/questions/14120346/… 是data() 的子集。

空向量的首选行为是什么？ std::equal 和 std::adjacent_find 答案返回 false，std::find_if 和 std::all_of 返回 true。

【参考方案1】：

您无需使用std::sort。可以用更简单的方式完成：

if ( std::adjacent_find( myvector.begin(), myvector.end(), std::not_equal_to<>() ) == myvector.end() )

    std::cout << "All elements are equal each other" << std::endl;

【讨论】：

我即将使用adjacent_find 发布解决方案，但我的解决方案会包含一个 lambda 谓词，这就是我最后没有发布它的原因。 not_equal_to 是使它成为完美解决方案的缺失部分。

奇怪的是没有人提到std::all_of.:)

您的评论表明使用 all_of 有更好的解决方案。如果是这样，您（或某人）可以编辑您的答案以显示它吗？

【参考方案2】：

你可以使用std::equal

版本 1：

//assuming v has at least 1 element
if ( std::equal(v.begin() + 1, v.end(), v.begin()) )

    //all equal

这会将每个元素与前一个元素进行比较。

版本 2：

//assuming v has at least 1 element
int e = v[0]; //preferably "const auto& e" instead
bool all_equal = true;
for(std::size_t i = 1,s = v.size();i<s && all_equal;i++)
    all_equal = e == v[i];

编辑：

关于性能，在使用 100m 个元素进行测试后，我发现 在 Visual Studio 2015 中 version 1 的速度大约是 version 2 的两倍。这是因为当您使用 ints、float 等时，vs2015 的最新编译器在 c++ std 实现中使用 sse instructions。

如果您使用_mm_testc_si128，您将获得与std::equal 相似的性能

【讨论】：

在内部增加 2 个迭代器时，效率低于仅遍历数组。

@Luchian Grigore 是的，但写起来更短:)

是的，但是“那么最有效的方法是什么？为什么？”

@Luchian Grigore 好的，我会编辑添加一些有效的东西。

请注意，虽然他在底部要求“最有效”，但在顶部他要求“最佳方式”，但前提是 C++ 和高效。 “最佳方式”允许人们考虑样式、可读性等，同时平衡可能的 2 减慢因素。

【参考方案3】：

鉴于对向量没有任何限制，无论采用何种方法，您都必须至少迭代一次向量。所以只需选择第一个元素并检查所有其他元素是否与它相等。

【讨论】：

发现不等于第一个值后记得短接！

【参考方案4】：

使用 std::all_of 和 C++11 lambda

if (all_of(values.begin(), values.end(), [&] (int i) return i == values[0];))
    //all are the same

【讨论】：

也许也可以使用 begin()+1？

@Mikhail，如果你能保证values 不为空，begin()+1 确实会跳过一个不必要的评估。但是如果空虚是的可能性，那么上面的答案提供了安全性，因为它在这种情况下只返回true。

【参考方案5】：

虽然std::unique 的渐近复杂度是线性的，但操作的实际成本可能比您需要的要大得多，而且它是一种就地算法（它会随时修改数据）。

最快的方法是假设如果向量包含单个元素，则根据定义它是唯一的。如果向量包含更多元素，那么您只需要检查它们是否都与第一个完全相等。为此，您只需要找到与第一个不同的第一个元素，从第二个开始搜索。如果存在这样的元素，则元素不是唯一的。

if (v.size() < 2) return true;
auto different = std::find_if(v.begin()+1, v.end(), 
                              [&v](auto const &x)  x != v[0]; );
return different == v.end();

这是使用 C++14 语法，在 C++11 工具链中，您可以在 lambda 中使用正确的类型。在 C++03 中，您可以使用 std::not、std::bind1st/std::bind2nd 和 std::equal 的组合来代替 lambda。

这种方法的成本是distance(start,different element) 比较并且没有副本。比较次数的预期和最坏情况线性成本（并且没有副本！）

【讨论】：

开场白具有误导性。是的，Unique 是线性的，但它紧随其后，这绝对不是线性的。

@RichardPlunkett：如果您唯一的期望是检测是否存在唯一值，则不需要排序。请注意，这并不是试图解决删除重复或查找有多少唯一值的一般问题，而是要查找是否至少存在一个非重复值。也许我应该在答案中更明确地说......虽然这只是对问题方法的评论，而不是我自己的方法。

【参考方案6】：

排序是一个 O(NlogN) 的任务。

这在 O(N) 中很容易解决，因此您当前的方法很差。

一个简单的 O(N) 就像 Luchian Grigore 所建议的那样，只迭代一次向量，将每个元素与第一个元素进行比较。

【参考方案7】：

if(std::all_of(myvector.begin()+1, myvector.end(), std::bind(std::equal_to<int>(),
                                      std::placeholders::_1, myvector.front())) 
  // all members are equal

【参考方案8】：

你可以使用FunctionalPlus(https://github.com/Dobiasd/FunctionalPlus)：

std::vector<std::string> things = "same old", "same old";
if (fplus::all_the_same(things))
    std::cout << "All things being equal." << std::endl;

【参考方案9】：

也许是这样的。它只遍历vector一次，不会弄乱vector的内容。

std::vector<int> values  5, 5, 5, 4 ;
bool equal = std::count_if(values.begin(), values.end(), [ &values ] (auto size)  return size == values[0]; ) == values.size();

如果向量中的值与基本类型不同，则必须实现相等运算符。

在考虑 underscore_d 备注后，我正在更改可能的解决方案

std::vector<int> values  5, 5, 5, 4 ;
bool equal = std::all_of(values.begin(),values.end(),[ &values ] (auto item)  return item == values[0]; );

【讨论】：

这也是浪费时间，因为count 必须在找到第一个不同元素后继续运行，但您只需要知道是否有一个，所以这些都是浪费的周期。我不明白为什么 4 年后我们需要一个低效的替代方案。

【参考方案10】：

在您的特定情况下，迭代向量元素并找到与第一个元素不同的元素就足够了。您甚至可能很幸运地在评估向量中的所有元素之前停下来。 （可以使用 while 循环，但出于可读性原因，我坚持使用 for 循环）

bool uniqueElt = true;
int firstItem = *myvector.begin();
for (std::vector<int>::const_iterator it = myvector.begin()+1; it != myvector.end() ; ++it) 
    if(*it != firstItem) 
        uniqueElt = false;
        break;
    

如果你想知道你的向量包含多少不同的值，你可以建立一个集合并检查它的大小，看看里面有多少不同的值：

std::set mySet;
std::copy(mySet.begin(), myvector.begin(), myvector.end());

【讨论】：

为什么这比遍历向量更有效？

它不是，而且通常和排序一样糟糕。

不是，我还没有时间详细说明我的答案。但是，我认为 Ward9250 知道如果他寻求的不仅仅是一个独特的价值，那么构建一个集合是可能的。

【参考方案11】：

您可以简单地使用std::count 来计算与起始元素匹配的所有元素：

std::vector<int> numbers =  5, 5, 5, 5, 5, 5, 5 ;
if (std::count(std::begin(numbers), std::end(numbers), numbers.front()) == numbers.size())

    std::cout << "Elements are all the same" << std::endl;

【讨论】：

我不认为这比 4 年前发布的所有其他方式更“简单”。事实上，这是浪费时间，因为 count 即使在找到第一个不同的元素后也必须继续运行，但您只需要知道是否有一个，所以这些纯粹是浪费循环。

你提出了一个很好的观点，当时我没有考虑过它会遍历所有元素；但是，许多其他解决方案也是如此，我并不认为这是最好的方法，但我遇到了这个问题，发现这是最易读的解决方案。如果vector 非常大，那么绝对值得使用不会遍历所有元素的解决方案。

【参考方案12】：

LLVM 提供了一些独立可用的头文件+库：

#include <llvm/ADT/STLExtras.h>
if (llvm::is_splat(myvector))
  std::cout << "All elements are the same!" << std::endl;

https://godbolt.org/z/fQX-jc

【参考方案13】：

为了完整起见，因为它仍然不是最有效的，您可以使用 std::unique 以更有效的方式来确定所有成员是否相同，但要注意在使用 std::unique 之后容器没用的方式：

#include <algorithm>
#include <iterator>

if (std::distance(cntnr.begin(), std::unique(cntnr.begin(), cntnr.end()) == 1)

  // all members were the same, but

【参考方案14】：

使用C++ 14的另一种方法：

bool allEqual = accumulate(v.begin(), v.end(), true, [first = v[0]](bool acc, int b) 
    return acc && (b == first);
  );

也是N阶

【参考方案15】：

这是一个可读的 C++17 解决方案，它可能会让学生想起 std::vector 的其他构造函数：

if (v==std::vector(v.size(),v[0])) 
  // you guys are all the same

...在 C++17 之前，std::vector 右值需要明确提供其类型：

if (v==std::vector<typename decltype(v)::value_type>(v.size(),v[0])) 
  // you guys are all the same