std::nth_element

定義於標頭檔案 `<algorithm>`
template< class RandomIt > void nth_element( RandomIt first, RandomIt nth, RandomIt last );	(1)	(C++20 起為 constexpr)
template< class ExecutionPolicy, class RandomIt > void nth_element( ExecutionPolicy&& policy, RandomIt first, RandomIt nth, RandomIt last );	(2)	(C++17 起)
template< class RandomIt, class Compare > void nth_element( RandomIt first, RandomIt nth, RandomIt last, Compare comp );	(3)	(C++20 起為 constexpr)
template< class ExecutionPolicy, class RandomIt, class Compare > void nth_element( ExecutionPolicy&& policy, RandomIt first, RandomIt nth, RandomIt last, Compare comp );	(4)	(C++17 起)

nth_element 重新排列 [first, last) 中的元素，使得重排後

nth 指向的元素變為如果 [first, last) 排序後在該位置上出現的元素。
對於 [first, nth) 中的每個迭代器 i 和 [nth, last) 中的每個迭代器 j，滿足以下條件：

1,2) bool(*j < *i)(C++20 前)std::less{}(*j, *i)(C++20 起) 為 false。

3,4) bool(comp(*j, *i)) 為 false。

1) 元素根據 operator<(C++20 前)std::less{}(C++20 起) 假定已排序。

3) 元素根據 comp 假定已排序。

2,4) 同 (1,3)，但按 policy 執行。

僅當滿足所有以下條件時，這些過載才參與過載決議

std::is_execution_policy_v<std::decay_t<ExecutionPolicy>> 為 true。	(C++20 前)
std::is_execution_policy_v<std::remove_cvref_t<ExecutionPolicy>> 為 true。	(C++20 起)

如果滿足以下任何條件，則行為是未定義的：

[first, nth) 或 [nth, last) 不是有效範圍。

*first 的型別不是可交換 (Swappable)的。	(C++11 前)
`RandomIt` 不是可值交換的 (ValueSwappable)。 first 的型別不是可移動構造 (MoveConstructible)的。 first 的型別不是可移動賦值 (MoveAssignable)的。	(C++11 起)

first, last	-	定義用於部分排序的元素範圍的迭代器對。
nth	-	定義排序分割槽點的隨機訪問迭代器。
policy	-	要使用的執行策略
comp	-	比較函式物件（即滿足比較 (Compare)要求，並返回 true 如果第一個引數“小於”（即排在“之前”）第二個引數的物件）。比較函式的簽名應等效於以下內容 bool cmp(const Type1& a, const Type2& b); 雖然簽名不需要有 const&，但該函式不能修改傳遞給它的物件，並且必須能夠接受所有型別為 (可能是 const) `Type1` 和 `Type2` 的值，無論其值類別如何（因此，不允許使用 `Type1&`，也不允許使用 `Type1`，除非對於 `Type1`，移動等同於複製(C++11 起)）。型別 Type1 和 Type2 必須是這樣的：型別為 RandomIt 的物件可以被解引用，然後隱式轉換為這兩種型別。
型別要求
- `RandomIt` 必須滿足舊式隨機訪問迭代器 (LegacyRandomAccessIterator)的要求。
- `Compare` 必須滿足 Compare 的要求。

[編輯] 複雜度

給定 $\scriptsize N$ $N$ 為 last - first

1) 平均進行

O(N)

次比較，使用 operator<(C++20 前)std::less{}(C++20 起)。

2) 進行

O(N)

次比較，使用 operator<(C++20 前)std::less{}(C++20 起)，以及

O(N\cdotlog(N))

次交換。

3) 平均進行

O(N)

次比較器 comp 的應用。

4) 進行

O(N)

次比較器 comp 的應用，以及

O(N\cdotlog(N))

次交換。

[編輯] 異常

帶有模板引數 ExecutionPolicy 的過載按如下方式報告錯誤

若作為演算法一部分呼叫的函式執行丟擲異常，且 ExecutionPolicy 為標準策略之一，則呼叫 std::terminate。對於任何其他 ExecutionPolicy，行為是實現定義的。
如果演算法未能分配記憶體，則丟擲 std::bad_alloc。

[編輯] 可能的實現

另請參見 libstdc++、libc++ 和 MSVC STL 中的實現。

[編輯] 注意

使用的演算法通常是 Introselect，但也允許使用其他具有合適平均複雜度選擇演算法。

[編輯] 示例

執行此程式碼

#include <algorithm>
#include <cassert>
#include <functional>
#include <iostream>
#include <numeric>
#include <vector>
 
void printVec(const std::vector<int>& vec)
{
    std::cout << "v = {";
    for (char sep[]{0, ' ', 0}; const int i : vec)
        std::cout << sep << i, sep[0] = ',';
    std::cout << "};\n";
}
 
int main()
{
    std::vector<int> v{5, 10, 6, 4, 3, 2, 6, 7, 9, 3};
    printVec(v);
 
    auto m = v.begin() + v.size() / 2;
    std::nth_element(v.begin(), m, v.end());
    std::cout << "\nThe median is " << v[v.size() / 2] << '\n';
    // The consequence of the inequality of elements before/after the Nth one:
    assert(std::accumulate(v.begin(), m, 0) < std::accumulate(m, v.end(), 0));
    printVec(v);
 
    // Note: comp function changed
    std::nth_element(v.begin(), v.begin() + 1, v.end(), std::greater{});
    std::cout << "\nThe second largest element is " << v[1] << '\n';
    std::cout << "The largest element is " << v[0] << '\n';
    printVec(v);
}

可能的輸出

v = {5, 10, 6, 4, 3, 2, 6, 7, 9, 3};
 
The median is 6
v = {3, 2, 3, 4, 5, 6, 10, 7, 9, 6};
 
The second largest element is 9
The largest element is 10
v = {10, 9, 6, 7, 6, 3, 5, 4, 3, 2};

[編輯] 缺陷報告

下列更改行為的缺陷報告追溯地應用於以前出版的 C++ 標準。

缺陷報告	應用於	釋出時的行為	正確的行為
LWG 2150	C++98	重排後，在 nth 之前只有一個元素要求不大於 nth 之後的一個元素	已更正要求
LWG 2163	C++98	過載 (1) 使用 operator> 比較元素	改為 operator<
P0896R4	C++98	`[`first`,` nth`)` 和 `[`nth`,` last`)` 不再要求為有效範圍	行為未定義如果其中任何一個無效

[編輯] 參閱

max_element	返回一個範圍中最大的元素 (函式模板) [編輯]
min_element	返回一個範圍中最小的元素 (函式模板) [編輯]
partial_sort_copy	複製並部分排序一個範圍的元素 (函式模板) [編輯]
stable_sort	對一個範圍的元素進行排序，同時保留相等元素之間的順序 (函式模板) [編輯]
sort	將一個範圍按升序排序 (函式模板) [編輯]
ranges::nth_element (C++20)	部分排序給定的範圍，確保它被給定的元素劃分 (演算法函式物件)[編輯]

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