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C++如何使用std::inclusive_scan和std::exclusive_scan_C++算法操作与扫描函数应用

穿越時空

发布： 2025-11-17 15:21:06

原创

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std::inclusive_scan 和 std::exclusive_scan 是 C++17 引入的前缀操作函数，定义于 <numeric> 头文件。1. inclusive_scan 计算包含当前元素的前缀累积，如 {1,2,3} 得到 {1,3,6}；2. exclusive_scan 计算不包含当前元素的前缀累积，首项为初始值，如以 0 开始得 {0,1,3}；两者支持自定义操作符，适用于前缀和、累积计数、并行算法等场景，提升代码简洁性与效率。

c++如何使用std::inclusive_scan和std::exclusive_scan_c++算法操作与扫描函数应用

在C++17中，std::inclusive_scan 和 std::exclusive_scan 被引入到标准库的 <numeric> 头文件中，用于执行前缀和（或更一般的前缀操作）。它们可以对一个范围内的元素进行累积操作，生成新的序列。这两个函数非常适用于并行计算、数组变换、前缀优化等问题。

包含头文件与基本定义

使用这两个函数前，需要包含头文件：

#include <numeric>

此外，它们通常作用于容器如 std::vector、数组等支持迭代器的结构。

std::inclusive_scan 详解

inclusive_scan 计算的是“包含当前元素”的前缀操作。即第 i 个输出是前 i+1 个输入元素的累积结果。

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函数原型：

std::inclusive_scan(first, last, result);
std::inclusive_scan(first, last, result, binary_op);

示例：计算前缀和

#include <vector>
#include <iostream>
#include <numeric>

int main() {
std::vector<int> input = {1, 2, 3, 4, 5};
std::vector<int> output(input.size());

std::inclusive_scan(input.begin(), input.end(), output.begin());

// 输出: 1 3 6 10 15
for (int x : output) std::cout << x << " ";
std::cout << "\n";
}

你也可以传入自定义二元操作符，比如乘法：

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std::inclusive_scan(input.begin(), input.end(), output.begin(), std::multiplies{});
// 结果: 1 2 6 24 120

std::exclusive_scan 详解

exclusive_scan 的特点是“不包含当前元素”，第 i 个输出是前 i 个元素的累积结果。第一个元素通常是初始值（可指定）。

函数原型：

std::exclusive_scan(first, last, result, init);
std::exclusive_scan(first, last, result, init, binary_op);

示例：计算前缀和（排除自身）

std::vector<int> input = {1, 2, 3, 4, 5};
std::vector<int> output(input.size());

std::exclusive_scan(input.begin(), input.end(), output.begin(), 0);

// 输出: 0 1 3 6 10
for (int x : output) std::cout << x << " ";
std::cout << "\n";

使用自定义操作（例如最大值扫描）：

std::exclusive_scan(input.begin(), input.end(), output.begin(), 0,
[](int a, int b) { return std::max(a, b); });
// 结果取决于逻辑，可用于滑动极值等场景

应用场景举例

这些扫描操作在实际编程中有多种用途：

前缀和查询：快速实现区间求和，配合差分数组使用
数据变换：如将频率数组转为累积分布
并行算法模拟：scan 是并行计算中的基础操作，STL 实现可在多核上优化
计数与索引映射：例如根据条件生成索引偏移

例如，统计每个位置之前有多少个偶数：

std::vector<int> arr = {2, 3, 4, 5, 6};
std::vector<int> is_even = {2%2==0, 3%2==0, 4%2==0, 5%2==0, 6%2==0}; // {1,0,1,0,1}
std::vector<int> prefix_count(arr.size());

std::inclusive_scan(is_even.begin(), is_even.end(), prefix_count.begin());
// prefix_count 变为 {1,1,2,2,3}，表示到当前位置共多少偶数

基本上就这些。合理使用 inclusive_scan 和 exclusive_scan 能让代码更简洁、高效，避免手动写循环出错。

以上就是C++如何使用std::inclusive_scan和std::exclusive_scan_C++算法操作与扫描函数应用的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！