アルゴリズム

[C++] set_intersection()の使い方 – コンテナ(範囲)から集合交差を計算する

C++のstd::set_intersection()は、2つのソート済み範囲の集合交差を計算し、結果を別の範囲に格納するアルゴリズムです。

使用するには、#include <algorithm>をインクルードします。

引数として、2つの入力範囲(開始イテレータと終了イテレータ)と、結果を格納する出力イテレータを指定します。

入力範囲はソートされている必要があります。

結果の範囲もソートされた状態で出力されます。

目次から探す

set_intersection()とは
- 主な特徴
set_intersection()の基本的な使い方
set_intersection()の具体例
- 例1: 文字列の集合交差
- 例2: 整数の集合交差(重複を含む場合)
set_intersection()を使う際の注意点
応用的な使い方
まとめ

set_intersection()とは

set_intersection()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)から共通する要素を抽出し、新しい範囲に格納するための関数です。

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、効率的に集合の交差を計算します。

主な特徴

効率性: ソートされた範囲に対してO(n + m)の時間計算量で動作します。
汎用性: ベクターやリストなど、さまざまなコンテナで使用可能です。
結果の格納: 結果を格納するための出力イテレータを指定できます。

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_intersection()の基本的な使い方について詳しく見ていきます。

set_intersection()の基本的な使い方

set_intersection()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、ソートされた2つの範囲を用意する必要があります。

以下に、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_intersectionを使用するために必要
#include <iterator>  // std::back_inserterを使用するために必要
int main() {
    // ソートされた2つのベクターを用意
    std::vector<int> vec1 = {1, 2, 3, 4, 5};
    std::vector<int> vec2 = {3, 4, 5, 6, 7};
    
    // 結果を格納するためのベクター
    std::vector<int> result;
    // set_intersectionを使用して共通の要素を取得
    std::set_intersection(vec1.begin(), vec1.end(), 
                          vec2.begin(), vec2.end(), 
                          std::back_inserter(result)); // 結果をresultに格納
    // 結果を出力
    std::cout << "共通の要素: ";
    for (int num : result) {
        std::cout << num << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
    return 0;
}

共通の要素: 3 4 5

このコードでは、2つのソートされたベクターvec1とvec2を用意し、set_intersection()を使って共通の要素をresultに格納しています。

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

出力結果として、共通の要素である3, 4, 5が表示されます。

set_intersection()の具体例

set_intersection()の具体的な使用例をいくつか紹介します。

これにより、さまざまなシナリオでの活用方法を理解できるでしょう。

以下の例では、異なるデータ型や条件での使用方法を示します。

例1: 文字列の集合交差

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm> // set_intersectionを使用するために必要
#include <iterator>  // std::back_inserter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() {
    // ソートされた2つの文字列ベクターを用意
    std::vector<std::string> vec1 = {"apple", "banana", "cherry"};
    std::vector<std::string> vec2 = {"banana", "cherry", "date"};
    
    // 結果を格納するためのベクター
    std::vector<std::string> result;
    // set_intersectionを使用して共通の要素を取得
    std::set_intersection(vec1.begin(), vec1.end(), 
                          vec2.begin(), vec2.end(), 
                          std::back_inserter(result)); // 結果をresultに格納
    // 結果を出力
    std::cout << "共通の要素: ";
    for (const auto& str : result) {
        std::cout << str << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
    return 0;
}

共通の要素: banana cherry

例2: 整数の集合交差(重複を含む場合)

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm> // set_intersectionを使用するために必要
#include <iterator>  // std::back_inserterを使用するために必要
int main() {
    // ソートされた2つのベクターを用意(重複を含む)
    std::vector<int> vec1 = {1, 2, 2, 3, 4};
    std::vector<int> vec2 = {2, 2, 3, 5};
    
    // 結果を格納するためのベクター
    std::vector<int> result;
    // set_intersectionを使用して共通の要素を取得
    std::set_intersection(vec1.begin(), vec1.end(), 
                          vec2.begin(), vec2.end(), 
                          std::back_inserter(result)); // 結果をresultに格納
    // 結果を出力
    std::cout << "共通の要素: ";
    for (int num : result) {
        std::cout << num << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
    return 0;
}

共通の要素: 2 2 3

1つ目の例では、文字列のベクターを使用して、共通の果物名を抽出しています。

2つ目の例では、整数のベクターを使用し、重複を含む共通の要素を取得しています。

これらの例から、set_intersection()が異なるデータ型や条件に対しても柔軟に対応できることがわかります。

set_intersection()を使う際の注意点

set_intersection()を使用する際には、いくつかの注意点があります。

これらを理解しておくことで、より効果的にこの関数を活用できるでしょう。

以下に主な注意点を挙げます。

1. ソートされた範囲が必要

set_intersection()は、入力される範囲がソートされていることを前提としています。
ソートされていない範囲を渡すと、正しい結果が得られません。

事前にstd::sort()を使用してソートしておく必要があります。

2. 出力イテレータの指定

結果を格納するための出力イテレータを指定する必要があります。
std::back_inserter()を使用することで、動的にサイズが変わるコンテナに結果を追加できます。

3. 重複要素の扱い

set_intersection()は、重複要素を考慮して結果を生成します。
したがって、入力範囲に重複がある場合、出力にも重複が含まれることがあります。

4. 結果のサイズ

結果のサイズは、共通の要素の数に依存します。
出力イテレータが指す先のコンテナは、十分なサイズを持っている必要があります。

5. 型の互換性

入力範囲の要素の型は、比較可能である必要があります。
異なる型の要素を比較することはできないため、型の整合性に注意が必要です。

6. 例外処理

set_intersection()は、範囲が無効な場合やイテレータが不正な場合に例外を投げることがあります。
これらの状況に対処するために、適切なエラーハンドリングを行うことが重要です。

これらの注意点を考慮することで、set_intersection()を効果的に利用し、期待通りの結果を得ることができます。

特に、ソートや出力イテレータの指定に関しては、事前に確認しておくことが重要です。

応用的な使い方

set_intersection()は基本的な使い方だけでなく、さまざまな応用的なシナリオでも活用できます。

以下にいくつかの応用例を示します。

1. 複数の集合の交差を求める

複数の集合の交差を求める場合、set_intersection()を繰り返し使用することで実現できます。

以下の例では、3つのベクターの共通要素を求めています。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm> // set_intersectionを使用するために必要
#include <iterator>  // std::back_inserterを使用するために必要
int main() {
    std::vector<int> vec1 = {1, 2, 3, 4, 5};
    std::vector<int> vec2 = {3, 4, 5, 6};
    std::vector<int> vec3 = {4, 5, 7, 8};
    
    std::vector<int> temp_result;
    std::vector<int> final_result;
    // 最初の2つのベクターの交差を求める
    std::set_intersection(vec1.begin(), vec1.end(), 
                          vec2.begin(), vec2.end(), 
                          std::back_inserter(temp_result)); // temp_resultに格納
    // temp_resultと3つ目のベクターの交差を求める
    std::set_intersection(temp_result.begin(), temp_result.end(), 
                          vec3.begin(), vec3.end(), 
                          std::back_inserter(final_result)); // final_resultに格納
    // 結果を出力
    std::cout << "共通の要素: ";
    for (int num : final_result) {
        std::cout << num << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
    return 0;
}

共通の要素: 4 5

2. カスタム比較関数の使用

set_intersection()では、カスタム比較関数を使用して、特定の条件に基づいて要素を比較することも可能です。

以下の例では、構造体を使用して、特定の条件での交差を求めています。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm> // set_intersectionを使用するために必要
#include <iterator>  // std::back_inserterを使用するために必要
struct Person {
    std::string name;
    int age;
    
    // 年齢が同じかどうかで比較
    bool operator<(const Person& other) const {
        return age < other.age;
    }
};
int main() {
    std::vector<Person> vec1 = {{"Alice", 30}, {"Bob", 25}, {"Charlie", 35}};
    std::vector<Person> vec2 = {{"David", 25}, {"Eve", 30}, {"Frank", 40}};
    
    std::vector<Person> result;
    // set_intersectionを使用して年齢が同じ人を取得
    std::set_intersection(vec1.begin(), vec1.end(), 
                          vec2.begin(), vec2.end(), 
                          std::back_inserter(result)); // 結果をresultに格納
    // 結果を出力
    std::cout << "共通の年齢の人: ";
    for (const auto& person : result) {
        std::cout << person.name << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
    return 0;
}

共通の年齢の人: Alice

3. 結果のフィルタリング

set_intersection()の結果をさらにフィルタリングすることで、特定の条件に合致する要素だけを抽出することもできます。

以下の例では、共通の要素から特定の条件を満たす要素を選択しています。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm> // set_intersectionを使用するために必要
#include <iterator>  // std::back_inserterを使用するために必要
int main() {
    std::vector<int> vec1 = {1, 2, 3, 4, 5};
    std::vector<int> vec2 = {3, 4, 5, 6};
    
    std::vector<int> result;
    std::vector<int> filtered_result;
    // set_intersectionを使用して共通の要素を取得
    std::set_intersection(vec1.begin(), vec1.end(), 
                          vec2.begin(), vec2.end(), 
                          std::back_inserter(result)); // 結果をresultに格納
    // 3より大きい要素をフィルタリング
    std::copy_if(result.begin(), result.end(), 
                 std::back_inserter(filtered_result), 
                 [](int num) { return num > 3; }); // 条件を満たす要素を格納
    // 結果を出力
    std::cout << "フィルタリングされた要素: ";
    for (int num : filtered_result) {
        std::cout << num << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
    return 0;
}

フィルタリングされた要素: 4 5

これらの応用例から、set_intersection()が単なる集合の交差を求めるだけでなく、複数の集合の交差、カスタム比較、結果のフィルタリングなど、さまざまな用途に利用できることがわかります。

これにより、より複雑なデータ処理や分析が可能になります。

まとめ

この記事では、C++のset_intersection()関数の基本的な使い方から応用的な利用方法までを詳しく解説しました。

特に、ソートされた範囲から共通の要素を効率的に抽出する方法や、複数の集合の交差を求めるテクニック、カスタム比較関数を用いた応用例など、実践的な内容に焦点を当てました。

これを機に、set_intersection()を活用して、データ処理や分析の効率を向上させてみてはいかがでしょうか。