[C++] multisetの使い方についてわかりやすく詳しく解説

Q: multisetのパフォーマンスはどうですか？

multisetは、内部的にバランスの取れた木構造(通常は赤黒木)を使用しており、要素の追加、削除、検索の操作は平均してO(log n)の時間計算量で行われます。 このため、大量のデータを扱う場合でも比較的効率的に動作します。 ただし、要素の順序を保つために、操作のたびに木構造の再調整が行われるため、単純な配列やベクターに比べると若干のオーバーヘッドがあります。

Q: multisetとvectorの使い分けは？

multisetとvectorはそれぞれ異なる特性を持っています。 multisetは自動的に要素をソートし、重複を許可するため、順序付きの重複データを管理するのに適しています。 一方、vectorは要素の順序を保持しつつ、ランダムアクセスが高速で、メモリの使用効率が良いです。 データの頻繁な挿入や削除が必要な場合はmultiset、要素の順序が重要でない場合や高速なアクセスが求められる場合はvectorを選ぶと良いでしょう。

Q: multisetのメモリ使用量はどのくらいですか？

multisetのメモリ使用量は、格納する要素の数とその要素のサイズに依存します。 さらに、内部的に使用される木構造のオーバーヘッドも考慮する必要があります。 一般的に、multisetは各要素に対して追加のメモリを消費しますが、具体的な使用量は実装や要素の種類によって異なります。 要素数が増えると、木構造のノードも増えるため、メモリ使用量は増加します。

2023-06-152024-08-26

C++のmultisetは、重複を許す集合を表現するコンテナです。

要素は自動的にソートされ、同じ値を複数回格納することができます。

標準ライブラリのstd::multisetを使用することで、重複した要素を効率的に管理できます。

要素の挿入にはinsertメソッドを使用し、削除にはeraseメソッドを用います。

また、特定の要素の数を取得するにはcountメソッドが便利です。

このコンテナは、特に重複を許容しつつ順序を保ちたい場合に有用です。

この記事でわかること

multisetの基本概念と特徴
要素の追加、削除、検索などの基本操作
multisetの主要なメンバ関数の使い方
multisetを用いた具体的な応用例
よくある質問に対する回答とその解説

目次から探す

multisetとは

C++のmultisetは、標準ライブラリに含まれる連想コンテナの一つで、要素を自動的にソートし、重複を許可するデータ構造です。

multisetは、要素の順序を保持しながら、同じ値を複数回格納できるため、特定の状況で非常に便利です。

multisetの基本概念

自動ソート: 要素は常にソートされた状態で格納されます。
重複要素の許可: 同じ値を複数回格納できるため、データの頻度を管理するのに適しています。
イテレータ: multisetはイテレータを使用して要素にアクセスできます。

multisetとsetの違い

スクロールできます

特徴	multiset	set
重複要素	許可	許可しない
要素の順序	自動的にソートされる	自動的にソートされる
要素の数	同じ値を複数回格納可能	同じ値は一度しか格納できない

multisetの用途

データの頻度分析: 特定の値がどれだけ出現するかをカウントする際に便利です。
順序付きの重複データ管理: 同じ値を持つデータを順序を保ちながら管理する必要がある場合に使用されます。
アルゴリズムの実装: ソートされたデータが必要なアルゴリズム(例: マージソート)での利用が考えられます。

multisetの基本操作

multisetは、要素の追加、削除、検索といった基本的な操作を簡単に行うことができます。

以下では、それぞれの操作について詳しく解説します。

要素の追加

multisetに要素を追加するには、insertメンバ関数を使用します。

以下は、要素を追加するサンプルコードです。

#include <iostream>
#include <set>
int main() {
    std::multiset<int> myMultiset;
    // 要素の追加
    myMultiset.insert(5);
    myMultiset.insert(3);
    myMultiset.insert(5); // 重複要素の追加
    // 結果の表示
    for (const auto& elem : myMultiset) {
        std::cout << elem << " ";
    }
    return 0;
}

3 5 5

要素の削除

multisetから要素を削除するには、eraseメンバ関数を使用します。

特定の値を持つ要素をすべて削除することができます。

以下は、要素を削除するサンプルコードです。

#include <iostream>
#include <set>
int main() {
    std::multiset<int> myMultiset = {5, 3, 5, 7};
    // 要素の削除
    myMultiset.erase(5); // 値5を持つ要素をすべて削除
    // 結果の表示
    for (const auto& elem : myMultiset) {
        std::cout << elem << " ";
    }
    return 0;
}

3 7

要素の検索

multiset内の要素を検索するには、findメンバ関数を使用します。

この関数は、指定した値を持つ要素のイテレータを返します。

以下は、要素を検索するサンプルコードです。

#include <iostream>
#include <set>
int main() {
    std::multiset<int> myMultiset = {5, 3, 5, 7};
    // 要素の検索
    auto it = myMultiset.find(5);
    if (it != myMultiset.end()) {
        std::cout << "要素5が見つかりました。" << std::endl;
    } else {
        std::cout << "要素5は見つかりませんでした。" << std::endl;
    }
    return 0;
}

要素5が見つかりました。

multisetのメンバ関数

multisetには、要素の操作や検索を行うための便利なメンバ関数が用意されています。

ここでは、主要なメンバ関数について詳しく解説します。

insert関数

insert関数は、multisetに要素を追加するためのメンバ関数です。

重複した要素も追加できるため、同じ値を持つ要素を複数回格納することが可能です。

#include <iostream>
#include <set>
int main() {
    std::multiset<int> myMultiset;
    // 要素の追加
    myMultiset.insert(10);
    myMultiset.insert(20);
    myMultiset.insert(10); // 重複要素の追加
    // 結果の表示
    for (const auto& elem : myMultiset) {
        std::cout << elem << " ";
    }
    return 0;
}

10 10 20

erase関数

erase関数は、指定した値を持つ要素を削除するためのメンバ関数です。

指定した値のすべての要素が削除されます。

#include <iostream>
#include <set>
int main() {
    std::multiset<int> myMultiset = {10, 20, 10, 30};
    // 要素の削除
    myMultiset.erase(10); // 値10を持つ要素をすべて削除
    // 結果の表示
    for (const auto& elem : myMultiset) {
        std::cout << elem << " ";
    }
    return 0;
}

20 30

find関数

find関数は、指定した値を持つ要素を検索し、そのイテレータを返します。

要素が見つからない場合は、end()イテレータが返されます。

#include <iostream>
#include <set>
int main() {
    std::multiset<int> myMultiset = {10, 20, 10, 30};
    // 要素の検索
    auto it = myMultiset.find(20);
    if (it != myMultiset.end()) {
        std::cout << "要素20が見つかりました。" << std::endl;
    } else {
        std::cout << "要素20は見つかりませんでした。" << std::endl;
    }
    return 0;
}

要素20が見つかりました。

count関数

count関数は、指定した値を持つ要素の数を返します。

multisetでは、同じ値を持つ要素が複数存在する場合、その数を取得するのに便利です。

#include <iostream>
#include <set>
int main() {
    std::multiset<int> myMultiset = {10, 20, 10, 30};
    // 要素の数をカウント
    int count = myMultiset.count(10);
    std::cout << "要素10の数: " << count << std::endl;
    return 0;
}

要素10の数: 2

equal_range関数

equal_range関数は、指定した値を持つ要素の範囲を取得します。

この関数は、指定した値と等しい要素の最初と最後のイテレータをペアで返します。

#include <iostream>
#include <set>
int main() {
    std::multiset<int> myMultiset = {10, 20, 10, 30};
    // 要素の範囲を取得
    auto range = myMultiset.equal_range(10);
    std::cout << "要素10の範囲: ";
    for (auto it = range.first; it != range.second; ++it) {
        std::cout << *it << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
    return 0;
}

要素10の範囲: 10 10

multisetのイテレーション

multisetでは、イテレータを使用して要素にアクセスし、操作することができます。

イテレータは、コンテナ内の要素を順に走査するためのオブジェクトです。

ここでは、イテレータの基本と、イテレータを使った要素の操作について解説します。

イテレータの基本

multisetのイテレータは、通常のポインタのように振る舞い、要素へのアクセスや移動が可能です。

イテレータには、以下のような基本的な操作があります。

begin(): 最初の要素を指すイテレータを返します。
end(): 最後の要素の次を指すイテレータを返します。
++演算子: 次の要素に移動します。
*演算子: 現在の要素の値にアクセスします。

以下は、イテレータを使ってmultisetの要素を表示するサンプルコードです。

#include <iostream>
#include <set>
int main() {
    std::multiset<int> myMultiset = {10, 20, 10, 30};
    // イテレータを使って要素を表示
    for (auto it = myMultiset.begin(); it != myMultiset.end(); ++it) {
        std::cout << *it << " ";
    }
    return 0;
}

10 10 20 30

イテレータを使った要素の操作

イテレータを使用すると、要素の操作も簡単に行えます。

以下の例では、イテレータを使って特定の要素を削除する方法を示します。

#include <iostream>
#include <set>
int main() {
    std::multiset<int> myMultiset = {10, 20, 10, 30};
    // イテレータを使って要素を削除
    for (auto it = myMultiset.begin(); it != myMultiset.end(); ) {
        if (*it == 10) {
            it = myMultiset.erase(it); // 削除した後、次の要素のイテレータを取得
        } else {
            ++it; // 次の要素に移動
        }
    }
    // 結果の表示
    for (const auto& elem : myMultiset) {
        std::cout << elem << " ";
    }
    return 0;
}

20 30

このように、イテレータを使うことで、multiset内の要素に対して柔軟に操作を行うことができます。

イテレータは、要素の追加や削除、検索など、さまざまな操作に役立ちます。

multisetの応用例

multisetは、特定の状況で非常に便利なデータ構造です。

ここでは、multisetの具体的な応用例として、順序付きの重複データの管理、頻度分析、マルチセットを使ったアルゴリズムの実装について解説します。

順序付きの重複データの管理

multisetは、要素を自動的にソートし、重複を許可するため、順序付きの重複データを管理するのに適しています。

例えば、学生の成績を管理する場合、同じ点数を持つ学生が複数いることがあります。

このようなデータをmultisetで管理することで、簡単に順序を保ちながらデータを格納できます。

#include <iostream>
#include <set>
int main() {
    std::multiset<int> scores = {85, 90, 75, 90, 80};
    // 成績の表示
    for (const auto& score : scores) {
        std::cout << score << " ";
    }
    return 0;
}

75 80 85 90 90

頻度分析

multisetは、特定の値がどれだけ出現するかをカウントするのに非常に便利です。

例えば、文字列内の文字の出現頻度を分析する場合、各文字をmultisetに格納し、count関数を使って頻度を取得できます。

#include <iostream>
#include <set>
#include <string>
int main() {
    std::string text = "hello world";
    std::multiset<char> charSet;
    // 文字をmultisetに追加
    for (char c : text) {
        if (c != ' ') { // スペースを除外
            charSet.insert(c);
        }
    }
    // 各文字の頻度を表示
    for (char c = 'a'; c <= 'z'; ++c) {
        int count = charSet.count(c);
        if (count > 0) {
            std::cout << c << ": " << count << std::endl;
        }
    }
    return 0;
}

d: 1
e: 1
h: 1
l: 3
o: 2
r: 1
w: 1

マルチセットを使ったアルゴリズムの実装

multisetは、特定のアルゴリズムを実装する際にも役立ちます。

例えば、最小値や最大値を効率的に取得する必要がある場合、multisetを使用することで、常にソートされた状態を保ちながらデータを管理できます。

以下は、multisetを使って、最小値と最大値を取得するサンプルコードです。

#include <iostream>
#include <set>
int main() {
    std::multiset<int> numbers = {5, 3, 8, 1, 4};
    // 最小値と最大値の取得
    int minValue = *numbers.begin(); // 最小値
    int maxValue = *numbers.rbegin(); // 最大値
    std::cout << "最小値: " << minValue << std::endl;
    std::cout << "最大値: " << maxValue << std::endl;
    return 0;
}