编写此算法的更有效方法？

Question

目前正在从事图书馆模拟器的工作。 一切工作正常，但我只是想了解一些信息。

在此程序中，共有3个类：Book，Patron和Library。 该库类包含3个私有数据成员：指向书的指针的向量，指向顾客的指针的向量和currentDate int。

有问题的函数如下：

void Library::incrementCurrentDate()
{
  currentDate++;

  for (int i = 0; i < members.size(); i++)
  {
    vector<Book*> ptr = members.at(i)->getCheckedOutBooks();

     for (int j = 0; j < ptr.size(); j++)
      {
        if (currentDate > ptr.at(j)->getCheckOutLength())
            members.at(i)->amendFine(.10);
      }
  }
} 

该功能的要求是这样的：

增加当前日期； 将他们检出的每本过期书的每位顾客的罚款提高10美分（使用amendFine）

我上面写的方式现在工作正常。 就像我刚进入计算机科学课程的第一学期一样，我们不能使用我们没有涉及的任何东西，我知道很多。 话虽这么说，是否会有更有效的方法使用更高级的c ++编程方法来实现此功能？

Answer 1

1. 如果大小不是很大，请使用std::vector 。

由于涉及间接性，指针总是要付出一定的代价。 查找地址并在内存中访问地址可能无法通过编译器优化，因此将涉及访问内存的成本。 内存访问通常是系统性能的瓶颈，因此最好尝试使内存中的内容相互靠近，并尝试构建程序，以使访问内存最少。

2. 如果数据过大，请使用SQL之类的数据库系统。

另一方面，我们可以放弃所有繁琐的工作，而使用已建立的数据库库或程序。 诸如MySQL之类的东西可以使用出色的编程语言轻松地管理大量数据，从而也可以访问和管理它们。 某些数据库（例如PostgreSQL）可以扩展到大量数据。 熟悉它也很有帮助。 例如，甚至某些移动应用程序可能都将MySQL用于Android。

3. for循环迭代语法，请使用现代的C ++ 11或更高版本。

当前的for循环语法非常不透明，可能有很多不足之处。 C ++ 11引入了一种更清晰for循环语法，可在诸如map或vector标准库容器中进行迭代。 使用： for(auto it : vector_name) 。 如果需要修改每个参数，请为it使用参考限定符-迭代器。

4. 使用预递增语法可能会最小化加速。

++i和i++略有不同。 ++i只是直接修改对象在表达式中的位置，然后再继续对其求值。 i++创建对象的副本，将其返回并递增原始对象。 在C ++中，创建值或对象的副本会产生成本，因此避免在某些情况下会有所帮助，并且无论如何都是一个好习惯。

5. 通过const &传递。 不只是定期参考。

在C ++中，默认情况下，函数参数按值传递。 这意味着C ++只会复制对象。 但是，当有重复的突变应用于对象时，例如，使用函数随时间更改整数值，您可能希望通过引用传递。 引用基本上会传递“真实”对象，这意味着您对引用所做的任何更改都是在“真实”对象上完成的。

现在，为什么要传递不可修改的对象？ 因为它可以导致更好的优化。 通过常量引用传递可使编译器对您的代码进行更强的假设（例如，由于引用不能在程序过程中更改，因此在函数中多次引用相同的引用不需要重新加载参数的值再来一次，因为它在函数内部时不应更改）。

6. 使用std::unique_ptr或std::shared_ptr 。

智能指针也是C ++ 11引入的一项不错的功能，它涉及通过将生命周期附加到作用域来自动释放自身的指针。 换句话说，无需使用new或delete ，只需创建指针即可， 而不必跟踪何时释放内存。 在某些情况下，这可能会变得复杂，但是总的来说，使用智能指针可以提高安全性，并减少内存管理问题的变化，这就是为什么首先将它们引入标准库的原因。

Answer 2

我认为有两个问题需要回答。 第一个是：此算法能否更有效？ 另一个是：我在c ++中实现算法的效率更高吗？

对于第一个问题，我不会回答。 基于这个问题，在我看来，您没有比O（n ^ 2）更好的信息。

如评论中所述，您可以遍历每个人，并按截止日期对他们的书进行排序。 实际上，这可以节省一些时间，但从理论上讲，书本查找仍然是线性时间O（n）。 另外，您还增加了使算法现在排序为O（mnlog（n））的开销，其中m是用户数，n是书本数。 如果您知道您的顾客很少，每人都有很多书籍，那么分类可能会有所帮助。 如果您有很多主顾而很少有书，那将没有太多好处。

至于第二个问题：尽管我认为大多数时候它们是不必要的，但是有一些小的调整（和一些大的调整）可以使您的代码更高效。 我注意到的一件主要事情是，您在第一次for循环的每次迭代中都会重新创建向量对象。 这样做会造成不必要的开销。 尝试改用以下伪代码：

currentDate++;
vector<Book*> ptr = members.at(i)->getCheckedOutBooks();
for(....)

可能需要大修的另一个优化是删除Vector库。 C ++中的向量具有即时调整大小的能力以及其他不必要的开销（用于您的任务）。 尽管等效地节省了时间，但简单地使用数组将提高存储效率。

您提到在第一学期就读，因此您可能尚未被Big O标记法介绍。

Answer 3

如果那是您要优化的唯一操作，则保留一个tuple <int, Book *, Patron * >的向量，并按表示evey检出书的到期日期的int排序，然后迭代直到到期日期大于当前申请日期罚款相关的赞助人。

Answer 4

如果你已经n签出书， m ，其中逾期，您的算法需要O(n)时间来添加的罚款。 这是因为您的数据结构存储这样的信息

member -> list(checked out books)
book -> check-out length // presumably the due date for returning the book

如果除了members集合之外，您还存储以下信息：

check-out length -> list(checked out books with that due date)
book -> member who checked it out

那么您可以使用排序树，按截止日期存储所有已签出的书，以在O(log n)查找所有过期的书。 因此，算法的总渐近运行时间将从O(n)减少到O(log n + m) 。

Answer 5

您可以考虑将vector替换为std::map容器。 地图存储为分类树。 如果定义比较器功能来比较结帐长度（或更可能是“到期日期”），则无需每次都扫描整个列表。

一种更复杂的解决方案是将所有书籍存储在按其过期时间排序的单个指针树中。 然后，您根本不必遍历成员。 而是遍历书籍，直到找到一本尚未过期的书籍。

这更加复杂，因为现在为每个成员添加/删除书籍（甚至遍历一个成员拥有的所有书籍）更加困难，并且可能需要作为当前方法为每个用户维护一个指针向量（除了全局书籍地图之外） ）。

Answer 6

自从我使用C ++已经有一段时间了，但是几乎总是标准库会比您自己的实现更快。 供您参考，请检查与std :: vector关联的标准函数（此站点非常有用）。

您可能可以通过其他一些过滤逻辑来ptr.size() ，这样您就不必遍历那些没有迟到书籍的人（也许对书籍及其到期日期进行了排序？）

Answer 7

现在，您要修改O（n）的罚款（n为getCheckOutLength（）。size（）），但您可以在O（log（n））中进行罚款，因为您只需要一些较晚的书而不是它们的对象即可进行细化，如果您有该数字，则可以将其乘以.01并使用一个修正函数来完成所有操作。

所以这是我建议的方式：
如果将向量中的getCheckedOutBooks（）按其getCheckOutLength（）排序，则可以通过在向量中找到std :: upper_bound来查找比curDate更长的日期，该向量为您提供第一个大于currentDate的元素，因此向量结尾处的元素索引是应罚款的书数，以下是代码：

int checkedDateComparator(Patron & leftHand, Patron & rightHand){
    return leftHand.getCheckedOutLength() < rightHand.getCheckOutLength();  
}
bool operator==(Patron & a, Patron & b){
    return a.getCheckedOutLength() < b.getCheckOutLength();
}
void Library::incrementCurrentDate()
{
    currentDate++;

    for (int i = 0; i < members.size(); i++)
    {
        vector<Book*> ptr = members.at(i)->getCheckedOutBooks();
        Book dummy; //dummy used for find the fines 
        dummy.setCheckedOutLength(currentDate);
        int overdue = ptr.end() - upper_bound(ptr.begin(), ptr.end(), dummmy, checkedDateComparator);
        members.at(i)->amendFine(overdue* .01);
   }
} 

Answer 8

让我们退后一步，看看需求。 当您去图书馆看书时，可能会问图书馆员欠什么。 图书管理员会查询您的帐户并告诉您。 在这一点上，您应该计算费用。 您现在正在做的是在每个午夜重新计算费用（我假设是）。 那是效率低下的部分。

取而代之的是这个用例：

1. 馆员试图检查顾客的书籍
2. 系统计算费用
3. 赞助人支付任何未付的费用
4. 图书管理员检查书籍

您的问题的相关部分将是步骤2。 这是伪代码：

float CalculateFees(Patron patron)
{
    float result = 0;
    foreach(checkedOutBook in patron.GetCheckedOutBooks())
    {
        result += CalculateFee(checkedOutBook.CheckOutDate(), today);
    }
    return result;
}

float CalculateFee(Date checkOutDate, Date today)
{
    return (today.Day() - checkOutDate.Day()) * 0.10;
}

整个用例可以很简单：

void AttemptCheckout(Patron patron, BookList books)
{
    float fees = CalculateFees(patron);
    if(fees == 0 || (fees > 0 && PatronPaysFees(patron, fees)))
    {
        Checkout(patron, books);
    }
    else
    {
        RejectCheckout(patron);
    }
}

我以一种易于更改费用公式的方式编写了此代码。 某些类型的材料产生的罚款与其他类型的材料不同。 罚款可能会被限制在一定数量。