uda 2.C++ 向量

向量与矩阵代数

学习得不错！你已经学习了大量 C++ 句法。你也许注意到了，使用 C++ 编程无疑比使用 Python 困难。C++ 专为快速执行而设计，使用这门语言，你可以采用许多不同方式达到同一结果。而使用 Python 写代码的速度更快，但执行速度也有所下降。

最后，为了翻译你之前在本纳米课程中学到的 Python 代码，你还需要学习一小段句法：C++ 向量，它与 Python 列表相似。

 

向量库

你刚刚学习了库以及如何导入库！在本课的下一部分，你将学习如何使用 C++ 标准库中的向量。

编写 Python 程序来存储和操作矩阵时，你使用过 Python 列表。C++ 向量类似于 Python 列表。所以，你需要学习向量，才能在 C++ 中编写矩阵代数程序。

但是，在这里，状况有点混乱。C++ 还有一个称为列表的数据结构，但 C++ 列表与 Python 列表的实现方式不同。

C++ 列表和 C++ 向量都是名为序列容器的结构族的一部分。这些容器允许你串行存储值，然后访问这些值。C++ 有一些序列容器，包括列表、向量和数组。

但不要搞混了！C++ 向量最接近 Python 列表。你可以像在 Python 列表中一样将元素添加到 C++ 向量中。你还可以删除元素，或者轻松访问向量中的任何元素。

 

声明 C++ 向量

声明 C++ 向量变量与声明其他类型的变量相似：

typedefinition variablename;

但向量类型定义的句法看上去十分有趣，因为你还需要声明进入向量的值的类型，比如 integer, char, float 或是 string 等等。下面是一些使用向量声明变量的例子：

std::vector<char> charactervectorvariable;
std::vector<int> integervectorvariable;
std::vector<float> floatvectorvariable;
std::vector<double> doublevectorvariable:

包含向量库

在实际的程序中，你将需要从标准程序库中包含向量文件：

#include <vector>

int main() {
      std::vector<float> floatvectorvariable;
      return 0;
}

上面的代码将会声明一个 float 类型的空向量。

声明向量更通用的方式为  ：std::vector<datatype> variablename;

#include <vector>

int main() {

std::vector<int> vector1;
std::vector<int> vector2;
std::vector<int> vector3;

return 0;
}

命名空间

在开始进一步练习 C++向量之前，你需要把 C++ 向变得更易于读写。你可能已经注意到，使用标准库的时候，你必须写大量 “std”。例如，std::cout or std::string or std::vector。

std 被称为命名空间。简而言之，命名空间是将代码组织成逻辑组的方式。在本例中，std 是标准库的命名空间。

实际上，你可以在 main.cpp 文件的顶部声明你的名称空间，然后就无需在代码中重复：std::

上述代码。下面是一个例子：

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int main() {
vector<int> intvectorvariable;
int intvariable = 5;
cout << intvariable << endl;
return 0;

}

请注意，向量声明、cout 和 endl 不再需要 std ::。

 

声明命名空间的好处是，代码读写更容易。缺点是，变量和函数的命名必须更加小心。之前，你可能会这么写：

std::cout

让你的程序知道，你指的是来自标准库的 cout 函数。这样，C++ 应该就可以让你实际创建一个名为 cout 的变量或函数。这并不是一个好主意，但代码不会报错。一旦你添加了代码using namespace std;，再输入cout就会引用标准库中的函数 cout。

 使用标准库命名空间，更改代码，让代码不再使用 "std::"。

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

int main() {
    
    string fruit = "apple";
    string vegetable = "broccoli";
    
    cout << "My favorite fruit is " << fruit <<
      "and my favorite vegetable is " << vegetable << "\n";
    
    return 0;

Python 和 C++ 对比

我们再回到向量！你已经学习了如何声明一个空的向量。

在下面的代码中，你可以比较 Python 列表和 C++ 向量的语法。你会看到，C++ 向量使用名为 push_back 的方法，将值附加到向量的末尾。通过代码

vector<float> myvector (5);

声明大小为 5 的向量，但没有任何赋值。为 C++ 向量赋值有点复杂；在本课中稍后部分，你会学习几种给向量变量赋值的方法。

 

 

Python 代码，正如你之前看到的，比 C++ 代码更短。 然而，在向量中输入值也有其他方式，接下来会进一步介绍。

初始化向量值

在之前的课程中，你已经学习了先声明向量，再为它赋值。

vector<float> myvector(5);

myvector[0] = 5.0;
myvector[1] = 3.0;
myvector[2] = 2.7;
myvector[3] = 8.2;
myvector[4] = 7.9;

我们有许多不同的方法来为向量设置初始值。下面是其中两个方法：

 

同时声明和定义

在声明变量时，你也可以同时设置初始值。

std::vector<int> myvector (10, 6);

这段代码将会声明一个向量包含 10 个分量，而每个分量的值为 6。

 

使用 Bracket 来同时声明和定义变量

如果你使用较新的 C++ 版本，比如 C++11 或者 C++17，我们还有一种方法来初始化变量。你可以使用下面的代码：

std::vector<float> myvector = {5.0, 3.0, 2.7, 8.2, 7.9}

不同版本的 C++（C++98, C++11, C++14, and C++17）

#include <vector>

using namespace std;

int main() {
    
    vector<float> vector1(4);
    vector1[0] = 4.5;
    vector1[1] = 2.1;
    vector1[2] = 8.54;
    vector1[3] = 9.0;

    vector<float> vector(4, 3.5);
    
    return 0;
}

向量方法

向量有一些有用的函数，你可以在这里看到。在本部分的课程中，你将会学习在面向对象编程课程中需要使用的函数。

assign

Assign 可帮助你快速填充具有固定值的向量。例如，以下代码

vector<int> intvariable;
intvariable.assign(10,16);

可以用 10 个值为 16 的整数填充向量。

顺便说一句，你可以在向量声明中同样操作，就像这样：

vector<int> intvariable(10,16);

assign 方法可以让你用一个新的向量覆盖你的当前向量。

push_back

Pushback 可以将一个元素添加到向量的末尾：

intvariable.push_back(25);

size

Size 返回向量的大小。

intvariable.size();

向量和 for 循环

很多时候，你都会使用 for 循环来操纵向量。一旦你熟悉了使用带有向量的 for 循环，你就可以实现以下功能

• 用值填充一个向量
• 用向量进行数学运算

下面是一个程序，它可以初始化一个向量，然后使用 for 循环来填充向量的值。然后用另一个 for 循环读出向量值。

#include <iostream>
#include <vector>

using namespace std;

int main() {

    vector<float> example;

    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        example.push_back(i*5.231);
    }

    for (int i = 0; i < example.size(); i++) {
        cout << example[i] << endl;
    }

    return 0;
}

把两个向量加在一起：

#include <iostream>
#include <vector>

using namespace std;

int main() {

    vector<int> exampleone (5);
    vector<int> exampletwo (5);
    vector<int> examplesum (5);

    exampleone[0] = 2;
    exampleone[1] = 6;
    exampleone[2] = 25;
    exampleone[3] = 1;
    exampleone[4] = 18;

    exampletwo[0] = 3;
    exampletwo[1] = 19;
    exampletwo[2] = 8;
    exampletwo[3] = 12;
    exampletwo[4] = 191;

    cout << "vector one ";

    // print out the first vector
    for (int i = 0; i < exampleone.size(); i++) {
        cout << exampleone[i] << " ";
    }

    // create a new line in the terminal
    cout << endl;

    cout << "vector two ";

    // print out the second vector
    for (int i = 0; i < exampletwo.size(); i++) {
        cout << exampletwo[i] << " ";
    }

    // create a new line in the terminal
    cout << endl;

    cout << "vector sum ";

    //add the vectors together
    for (int i = 0; i < exampleone.size(); i++) {
        examplesum[i] = exampleone[i] + exampletwo[i];
    }

    // print out the vector
    for (int i = 0; i < examplesum.size(); i++) {
        cout << examplesum[i] << " ";
    }

    // create a new line in the terminal
    cout << endl;

    return 0;
}