アルゴリズム

[C++] set_difference()の使い方 – コンテナ(範囲)の差集合を取得する

C++のstd::set_difference()は、2つのソート済み範囲の差集合を計算するアルゴリズムです。

第1引数と第2引数で入力範囲を指定し、第3引数で結果を格納する出力イテレータを指定します。

差集合は、第1範囲に存在し第2範囲に存在しない要素で構成されます。

入力範囲はソートされている必要があります。

目次から探す

set_difference()とは
- 主な特徴
set_difference()の基本的な使い方
set_difference()の具体例
- 例1: 文字列の差集合
- 例2: カスタムオブジェクトの差集合
カスタム比較関数を使ったset_difference()
- 例: 大文字小文字を無視した文字列の差集合
set_difference()を使う際の注意点
まとめ

set_difference()とは

set_difference()は、C++の標準ライブラリに含まれるアルゴリズムの一つで、2つの範囲(コンテナ)の差集合を取得するために使用されます。

具体的には、1つ目の範囲に含まれる要素のうち、2つ目の範囲に含まれない要素を抽出します。

この関数は、主にソートされたコンテナに対して使用されることが多く、効率的に差集合を求めることができます。

主な特徴

効率性: ソートされた範囲に対してO(n)の時間計算量で動作します。
汎用性: 任意のイテレータを使用できるため、様々なコンテナに対応しています。
カスタマイズ可能: 比較関数を指定することで、独自の条件で差集合を求めることができます。

この関数を使用することで、データの重複を排除したり、特定の条件に基づいてデータをフィルタリングする際に非常に便利です。

次のセクションでは、set_difference()の基本的な使い方について詳しく見ていきます。

set_difference()の基本的な使い方

set_difference()を使用するためには、まず必要なヘッダーファイルをインクルードし、適切なコンテナを用意する必要があります。

以下に、set_difference()の基本的な使い方を示すサンプルコードを紹介します。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm> // set_differenceを使用するために必要
#include <iterator>  // std::ostream_iteratorを使用するために必要
int main() {
    // 1つ目の範囲(コンテナ)
    std::vector<int> set1 = {1, 2, 3, 4, 5};
    // 2つ目の範囲(コンテナ)
    std::vector<int> set2 = {3, 4, 5, 6, 7};
    
    // 結果を格納するためのベクター
    std::vector<int> result;
    
    // set_differenceを使用して差集合を求める
    std::set_difference(set1.begin(), set1.end(), 
                        set2.begin(), set2.end(), 
                        std::back_inserter(result));
    
    // 結果を出力する
    std::cout << "差集合: ";
    for (const auto& elem : result) {
        std::cout << elem << " "; // 差集合の要素を出力
    }
    std::cout << std::endl; // 改行
    return 0; // プログラムの終了
}

差集合: 1 2

このコードでは、2つの整数ベクターset1とset2を用意し、set_difference()を使ってset1に含まれるがset2に含まれない要素をresultに格納しています。

std::back_inserterを使用することで、結果をresultベクターに追加しています。

最終的に、差集合の要素をコンソールに出力しています。

このように、set_difference()を使うことで、簡単に差集合を求めることができます。

次のセクションでは、具体的な例を通じてさらに理解を深めていきます。

set_difference()の具体例

ここでは、set_difference()を使った具体的な例をいくつか紹介します。

異なるデータ型や条件を用いて、どのように差集合を求めることができるかを見ていきましょう。

例1: 文字列の差集合

以下のコードでは、2つの文字列ベクターの差集合を求めます。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm> // set_differenceを使用するために必要
#include <iterator>  // std::ostream_iteratorを使用するために必要
#include <string>    // std::stringを使用するために必要
int main() {
    // 1つ目の範囲(文字列のベクター)
    std::vector<std::string> set1 = {"apple", "banana", "cherry"};
    // 2つ目の範囲(文字列のベクター)
    std::vector<std::string> set2 = {"banana", "kiwi", "mango"};
    
    // 結果を格納するためのベクター
    std::vector<std::string> result;
    
    // set_differenceを使用して差集合を求める
    std::set_difference(set1.begin(), set1.end(), 
                        set2.begin(), set2.end(), 
                        std::back_inserter(result));
    
    // 結果を出力する
    std::cout << "差集合: ";
    for (const auto& elem : result) {
        std::cout << elem << " "; // 差集合の要素を出力
    }
    std::cout << std::endl; // 改行
    return 0; // プログラムの終了
}

差集合: apple cherry

例2: カスタムオブジェクトの差集合

次に、カスタムオブジェクトを使った例を見てみましょう。

以下のコードでは、Personクラスのオブジェクトの差集合を求めます。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm> // set_differenceを使用するために必要
#include <iterator>  // std::ostream_iteratorを使用するために必要
#include <string>    // std::stringを使用するために必要
// Personクラスの定義
class Person {
public:
    std::string name;
    Person(std::string n) : name(n) {}
    
    // 比較演算子のオーバーロード
    bool operator<(const Person& other) const {
        return name < other.name;
    }
};
int main() {
    // 1つ目の範囲(Personオブジェクトのベクター)
    std::vector<Person> set1 = {Person("Alice"), Person("Bob"), Person("Charlie")};
    // 2つ目の範囲(Personオブジェクトのベクター)
    std::vector<Person> set2 = {Person("Bob"), Person("David")};
    
    // 結果を格納するためのベクター
    std::vector<Person> result;
    
    // set_differenceを使用して差集合を求める
    std::set_difference(set1.begin(), set1.end(), 
                        set2.begin(), set2.end(), 
                        std::back_inserter(result));
    
    // 結果を出力する
    std::cout << "差集合: ";
    for (const auto& person : result) {
        std::cout << person.name << " "; // 差集合の要素を出力
    }
    std::cout << std::endl; // 改行
    return 0; // プログラムの終了
}

差集合: Alice Charlie

これらの例では、set_difference()を使って異なるデータ型の差集合を求めています。

最初の例では文字列のベクターを使用し、2つ目の例ではカスタムオブジェクトであるPersonクラスのインスタンスを扱っています。

カスタムオブジェクトの場合、比較演算子をオーバーロードすることで、set_difference()が正しく動作するようにしています。

このように、set_difference()はさまざまなデータ型に対して柔軟に使用できるため、非常に便利な関数です。

次のセクションでは、カスタム比較関数を使ったset_difference()の使い方について説明します。

カスタム比較関数を使ったset_difference()

set_difference()は、デフォルトの比較演算子を使用するだけでなく、カスタム比較関数を指定することもできます。

これにより、特定の条件に基づいて差集合を求めることが可能になります。

以下に、カスタム比較関数を使った例を示します。

例: 大文字小文字を無視した文字列の差集合

この例では、大文字と小文字を区別せずに文字列の差集合を求めます。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm> // set_differenceを使用するために必要
#include <iterator>  // std::ostream_iteratorを使用するために必要
#include <string>    // std::stringを使用するために必要
#include <cctype>    // std::tolowerを使用するために必要
// 大文字小文字を無視した比較関数
bool caseInsensitiveCompare(const std::string& a, const std::string& b) {
    return std::lexicographical_compare(a.begin(), a.end(), 
                                        b.begin(), b.end(), 
                                        [](char c1, char c2) {
                                            return std::tolower(c1) < std::tolower(c2);
                                        });
}
int main() {
    // 1つ目の範囲(文字列のベクター)
    std::vector<std::string> set1 = {"Apple", "Banana", "Cherry"};
    // 2つ目の範囲(文字列のベクター)
    std::vector<std::string> set2 = {"banana", "kiwi", "Mango"};
    
    // 結果を格納するためのベクター
    std::vector<std::string> result;
    
    // set_differenceを使用して差集合を求める
    std::set_difference(set1.begin(), set1.end(), 
                        set2.begin(), set2.end(), 
                        std::back_inserter(result), 
                        caseInsensitiveCompare); // カスタム比較関数を指定
    
    // 結果を出力する
    std::cout << "差集合: ";
    for (const auto& elem : result) {
        std::cout << elem << " "; // 差集合の要素を出力
    }
    std::cout << std::endl; // 改行
    return 0; // プログラムの終了
}