需要 C++ 中非常通用的 argmax 函数

Question

我是一个被宠坏的 Python 程序员，习惯于计算 collection 相对于一些 function 的 argmax 与

max(collection, key=function)

例如：

l = [1,43,10,17]
a = max(l, key=lambda x: -1 * abs(42 - x))

a 则包含 43，即最接近 42 的数字。

是否可以编写一个 C++ 函数，它接受任何“可迭代”和任何函数并返回 argmax，如上所示？我猜这将涉及模板参数、auto 关键字和range-based iteration，但我无法将它们拼凑在一起。

Answer 1

这是一个两步过程。定义一个函数key，它应该映射到元素，即在之前找到最大值的操作。用 lambda 表达式定义比较以找到最大值。

auto key = [](int x){
    return -abs(42 - x);
};

std::max_element(l.begin(), l.end(), [key](int a, int b){
    return key(a) < key(b);
});

在这里，我们必须捕获在第二个 lambda 函数之外定义的 key。 （我们也可以在里面定义它）。你也可以把它放在一个单独的 lambda 函数中。当 42 应该从 lambda 外部参数化时，将其捕获为变量：

int x = 42;
std::max_element(l.begin(), l.end(), [x](int a, int b){
    return -abs(x - a) < -abs(x - b);
});

请注意，std::max_element 返回一个迭代器。要访问该值/对其的引用，请在其前面加上 *：

int x = 42;
auto nearest = std::min_element(l.begin(), l.end(), [x](int a, int b){
    return abs(x - a) < abs(x - b);
});
std::cout << "Nearest to " << x << ": " << *nearest << std::endl;

您可以很好地将其包装在一个通用的 find_nearest 函数中：

template<typename Iter>
Iter find_nearest(Iter begin, Iter end,
                  const typename std::iterator_traits<Iter>::value_type & value)
{
    typedef typename std::iterator_traits<Iter>::value_type T;
    return std::min_element(begin, end, [&value](const T& a, const T& b){
        return abs(value - a) < abs(value - b);
    });
}

auto a = find_nearest(l.begin(), l.end(), 42);
std::cout << *a << std::endl;

现场演示 find_nearest: http://ideone.com/g7dMYI

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类似于您问题中的argmax 函数的高阶函数可能如下所示：

template<typename Iter, typename Function>
Iter argmax(Iter begin, Iter end, Function f)
{
    typedef typename std::iterator_traits<Iter>::value_type T;
    return std::min_element(begin, end, [&f](const T& a, const T& b){
        return f(a) < f(b);
    });
}

您可以使用以下代码调用它，完全符合您问题中的 lambda 函数：

auto a = argmax(l.begin(), l.end(), [](int x) { return -1 * abs(42 - x); });
std::cout << *a << std::endl;

现场演示 argmax: http://ideone.com/HxLMap

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现在唯一剩下的区别是这个argmax 函数使用了一个基于迭代器的 接口，它对应于C++ 标准算法的设计（<algorithm>）。让您自己的编码风格适应您正在使用的工具总是一个好主意。

如果你想要一个直接返回值的基于容器的 接口，Nawaz provided a nice solution 需要 decltype-feature 来正确指定返回类型。我决定以这种方式保留我的版本，以便人们可以看到两种替代界面设计。

Answer 2

因为@leemes 解决方案太多了。一切都是正确的，除了在您的示例中没有尝试模仿 Python 版本，这是我模仿的尝试：

像 Python 版本一样方便的通用 argmax 函数：

template<typename Container, typename Fn>
auto max(Container const & c, Fn && key) -> decltype(*std::begin(c))
{  
    if ( std::begin(c) == std::end(c) ) 
       throw std::invalid_argument("empty container is not allowed.");

    typedef decltype(*std::begin(c)) V;
    auto cmp = [&](V a, V b){ return key(a) < key(b); };
    return *std::max_element(std::begin(c), std::end(c), cmp);
}

并将其用作：

std::vector<int> l = {1,43,10,17};
auto a = max(l, [](int x) { return -1 * std::abs(42-x); };

int l[] = {1,43,10,17}; //works with array also!
auto a = max(l, [](int x) { return -1 * std::abs(42-x); };

注意：与其他解决方案不同，此max() 返回元素本身，而不是元素的迭代器！

另请注意，此解决方案也适用于用户定义的容器：

namespace test
{
     template<size_t N>
     struct intcollection
     {
         int _data[N];
         int const * begin() const { return _data; }
         int const * end() const { return _data + N; }
     };
}

test::intcollection<4> c{{1,43,10,17}};
auto r = max(c, [](int x) { return -1 * std::abs(42-x); });

See the live demo.