std::nth_element

定义于头文件 `<algorithm>`
template< class RandomIt > void nth_element( RandomIt first, RandomIt nth, RandomIt last );	(1)	(C++20 起为 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 起为 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，使得重排后

nth 指向的元素变为如果 [first, last) 排序后在该位置上出现的元素。
对于 [first, nth) 中的每个迭代器 i 和 [nth, last) 中的每个迭代器 j，满足以下条件：

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

3,4) bool(comp(*j, *i)) 为 false。

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

3) 元素根据 comp 假定已排序。

2,4) 同 (1,3)，但按 policy 执行。

仅当满足所有以下条件时，这些重载才参与重载决议

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

如果满足以下任何条件，则行为是未定义的：

[first, nth) 或 [nth, last) 不是有效范围。

*first 的类型不是可交换 (Swappable)的。	(C++11 前)
`RandomIt` 不是可值交换的 (ValueSwappable)。 first 的类型不是可移动构造 (MoveConstructible)的。 first 的类型不是可移动赋值 (MoveAssignable)的。	(C++11 起)

first, last	-	定义用于部分排序的元素范围的迭代器对。
nth	-	定义排序分区点的随机访问迭代器。
policy	-	要使用的执行策略
comp	-	比较函数对象（即满足比较 (Compare)要求，并返回 true 如果第一个参数“小于”（即排在“之前”）第二个参数的对象）。比较函数的签名应等效于以下内容 bool cmp(const Type1& a, const Type2& b); 虽然签名不需要有 const&，但该函数不能修改传递给它的对象，并且必须能够接受所有类型为 (可能是 const) `Type1` 和 `Type2` 的值，无论其值类别如何（因此，不允许使用 `Type1&`，也不允许使用 `Type1`，除非对于 `Type1`，移动等同于复制(C++11 起)）。类型 Type1 和 Type2 必须是这样的：类型为 RandomIt 的对象可以被解引用，然后隐式转换为这两种类型。
类型要求
- `RandomIt` 必须满足旧式随机访问迭代器 (LegacyRandomAccessIterator)的要求。
- `Compare` 必须满足 Compare 的要求。

[编辑] 复杂度

给定 $\scriptsize N$ $N$ 为 last - first

1) 平均进行

O(N)

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

2) 进行

O(N)

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

O(N\cdotlog(N))

次交换。

3) 平均进行

O(N)

次比较器 comp 的应用。

4) 进行

O(N)

次比较器 comp 的应用，以及

O(N\cdotlog(N))

次交换。

[编辑] 异常

带有模板参数 ExecutionPolicy 的重载按如下方式报告错误

若作为算法一部分调用的函数执行抛出异常，且 ExecutionPolicy 为标准策略之一，则调用 std::terminate。对于任何其他 ExecutionPolicy，行为是实现定义的。
如果算法未能分配内存，则抛出 std::bad_alloc。

[编辑] 可能的实现

另请参见 libstdc++、libc++ 和 MSVC STL 中的实现。

[编辑] 注意

使用的算法通常是 Introselect，但也允许使用其他具有合适平均复杂度选择算法。

[编辑] 示例

运行此代码

#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);
}

可能的输出

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};

[编辑] 缺陷报告

下列更改行为的缺陷报告追溯地应用于以前出版的 C++ 标准。

缺陷报告	应用于	发布时的行为	正确的行为
LWG 2150	C++98	重排后，在 nth 之前只有一个元素要求不大于 nth 之后的一个元素	已更正要求
LWG 2163	C++98	重载 (1) 使用 operator> 比较元素	改为 operator<
P0896R4	C++98	`[`first`,` nth`)` 和 `[`nth`,` last`)` 不再要求为有效范围	行为未定义如果其中任何一个无效

[编辑] 参阅

max_element	返回一个范围中最大的元素 (函数模板) [编辑]
min_element	返回一个范围中最小的元素 (函数模板) [编辑]
partial_sort_copy	复制并部分排序一个范围的元素 (函数模板) [编辑]
stable_sort	对一个范围的元素进行排序，同时保留相等元素之间的顺序 (函数模板) [编辑]
sort	将一个范围按升序排序 (函数模板) [编辑]
ranges::nth_element (C++20)	部分排序给定的范围，确保它被给定的元素划分 (算法函数对象)[编辑]

编译器支持
自由（freestanding）与宿主（hosted）
语言
标准库
标准库头文件
具名要求
特性测试宏 (C++20)
语言支持库
概念库 (C++20)
诊断库
内存管理库
元编程库 (C++11)
通用工具库
容器库
迭代器库
范围库 (C++20)
算法库
字符串库
文本处理库
数值库
日期和时间库
输入/输出库
文件系统库 (C++17)
并发支持库 (C++11)
执行控制库 (C++26)
技术规范
符号索引
外部库

cppreference.cn

命名空间

变体

视图

操作