Как в массиве найти минимум функции

В этом посте мы обсудим, как найти минимальный и максимальный элемент массива в C++.

1. Наивное решение

Наивное решение — написать собственную процедуру для этой простой задачи. Идея состоит в том, чтобы линейно пройти массив, используя простой цикл for или цикл for на основе диапазона. Затем для каждого обнаруженного элемента мы сравниваем его с минимальным или максимальным элементом, найденным до сих пор, и заменяем максимальный элемент, найденный до сих пор, текущим элементом, если он меньше по значению, и минимальный элемент, найденный до сих пор, текущим элементом, если он больше по стоимости.

Скачать  Выполнить код

результат:

The min element is -8
The max element is 6

2. Использование minmax_element() функция

Рекомендуемое решение — использовать std::minmax_element найти наименьший и наибольший элементы массива. Он возвращает пару итераторов, первое значение которых указывает на минимальный элемент, а второе значение указывает на максимальный элемент. Он определен в <algorithm> заголовок.

Скачать  Выполнить код

результат:

The min element is -8
The max element is 6

3. Использование min_element() с max_element() функция

Стандартная библиотека C++ также предоставляет отдельные функции. min_element() а также max_element() чтобы найти наименьший и наибольший элементы в массиве соответственно.

Скачать  Выполнить код

результат:

The min element is -8
The max element is 6

Вот и все, что касается нахождения минимального и максимального значений в массиве в C++.

Another approach (more words, less code) that may help:

The locations of local maxima and minima are also the locations of the zero crossings of the first derivative. It is generally much easier to find zero crossings than it is to directly find local maxima and minima.

Unfortunately, the first derivative tends to «amplify» noise, so when significant noise is present in the original data, the first derivative is best used only after the original data has had some degree of smoothing applied.

Since smoothing is, in the simplest sense, a low pass filter, the smoothing is often best (well, most easily) done by using a convolution kernel, and «shaping» that kernel can provide a surprising amount of feature-preserving/enhancing capability. The process of finding an optimal kernel can be automated using a variety of means, but the best may be simple brute force (plenty fast for finding small kernels). A good kernel will (as intended) massively distort the original data, but it will NOT affect the location of the peaks/valleys of interest.

Fortunately, quite often a suitable kernel can be created via a simple SWAG («educated guess»). The width of the smoothing kernel should be a little wider than the widest expected «interesting» peak in the original data, and its shape will resemble that peak (a single-scaled wavelet). For mean-preserving kernels (what any good smoothing filter should be) the sum of the kernel elements should be precisely equal to 1.00, and the kernel should be symmetric about its center (meaning it will have an odd number of elements.

Given an optimal smoothing kernel (or a small number of kernels optimized for different data content), the degree of smoothing becomes a scaling factor for (the «gain» of) the convolution kernel.

Determining the «correct» (optimal) degree of smoothing (convolution kernel gain) can even be automated: Compare the standard deviation of the first derivative data with the standard deviation of the smoothed data. How the ratio of the two standard deviations changes with changes in the degree of smoothing cam be used to predict effective smoothing values. A few manual data runs (that are truly representative) should be all that’s needed.

All the prior solutions posted above compute the first derivative, but they don’t treat it as a statistical measure, nor do the above solutions attempt to performing feature preserving/enhancing smoothing (to help subtle peaks «leap above» the noise).

Finally, the bad news: Finding «real» peaks becomes a royal pain when the noise also has features that look like real peaks (overlapping bandwidth). The next more-complex solution is generally to use a longer convolution kernel (a «wider kernel aperture») that takes into account the relationship between adjacent «real» peaks (such as minimum or maximum rates for peak occurrence), or to use multiple convolution passes using kernels having different widths (but only if it is faster: it is a fundamental mathematical truth that linear convolutions performed in sequence can always be convolved together into a single convolution). But it is often far easier to first find a sequence of useful kernels (of varying widths) and convolve them together than it is to directly find the final kernel in a single step.

Hopefully this provides enough info to let Google (and perhaps a good stats text) fill in the gaps. I really wish I had the time to provide a worked example, or a link to one. If anyone comes across one online, please post it here!

Самый простой способ

Разумеется, проще всего получить минимальный и максимальный элементы массива с помощью функций min() и max():

$arr = [8, 4, 12, 9];
$max = max($arr); // 12
$min = min($arr); // 4

Однако на форумах часто просят написать скрипт, не использующий эти функции. Чаще всего этого требуют преподаватели учебных учреждений.

Условия задачи

1. Найти наибольший наименьший элементы в одномерном числовом массиве.
2. Определить номер минимального и максимального элементов заданного одномерного массива.
3. Найти минимальное и максимальное значение в ассоциативном массиве.

Общий принцип поиска элементов

Во всех решениях мы будем использовать одну и ту же логику.

Согласно условию, нам необходимо объявить числовой массив произвольной длины. Также объявим 4 переменные, в которые будем помещать найденные значения и их ключи:

<?php
$arr = [12, 4, 182, 1, 2.587];
$min = null;
$min_key = null;
$max = null;
$max_key = null;

Далее перебираем массив в цикле и на каждой итерации проверяем, больше ли текущее значение, чем самое большое, что мы находили до этого.

И если больше — будем записывать в $max новое максимальное значение, а в $max_key его ключ. Абсолютно также поступим и с минимальными ключом и значением.

Пример с циклом foreach:

foreach($arr as $k => $v)
{
	if($v > $max)
	{
		$max = $v;
		$max_key = $k;
	}

	if($v < $min)
	{
		$min = $v;
		$min_key = $k;
	}
}

На данном этапе наш код уже будет работать, но это ещё не всё. Попробуем изменить исходный массив и посмотрим на результат:

<?php
$arr = [0, -12];
$max = null;

foreach($arr as $v)
{
	if($v > $max)
		$max = $v;
}

var_dump($max); // -12

Максимальным должно быть число 0, но скрипт вывел -12. Дело в том, что PHP не считает истинным выражение 0 > null, поэтому ноль на первой итерации цикла не записался в переменную $max.

Для решения этой проблемы просто добавим условие, что если $max === null, т.е. если это первая итерация, то в любом случае записываем текущее значение в $min и $max:

<?php
$arr = [0, -12];
$max = null;

foreach($arr as $v)
{
    if($v > $max or $max === null)
        $max = $v;
}

var_dump($max); // -12

Минимальный и максимальный элементы с циклом FOREACH

Решение:

<?php
$arr = [12, 4, 182, 1, 2.587];
$min = null;
$min_key = null;
$max = null;
$max_key = null;

foreach($arr as $k => $v)
{
	if($v > $max or $max === null)
	{
		$max = $v;
		$max_key = $k;
	}

	if($v < $min or $min === null)
	{
		$min = $v;
		$min_key = $k;
	}
}

echo "Min value: $min <br> Min key: $min_key <br>";
echo "Max value: $max <br> Max key: $max_key";

Минимальный и максимальный элементы с циклом WHILE

Решение 1: счётчик + count()

Цикл будет выполняться до тех пор, пока значение счётчика $i не превысит количество элементов массива.

<?php
$arr = [12, 4, 182, 1, 2.587];
$min = null;
$min_key = null;
$max = null;
$max_key = null;
$i = 0;

while($i < count($arr))
{
    if($arr[$i] > $max or $max === null)
    {
        $max = $arr[$i];
        $max_key = $i;
    }

    if($arr[$i] < $min or $min === null)
    {
        $min = $arr[$i];
        $min_key = $i;
    }

	$i++;
}

echo "Min value: $min <br> Min key: $min_key <br>";
echo "Max value: $max <br> Max key: $max_key";

Решение 2: счётчик + isset()

Запускаем вечный цикл while и в каждой итерации цикла проверяем существование следующего элемента с помощью isset(). Если его нет — выходим из цикла оператором break:

<?php
$arr = [12, 4, 182, 1, 2.587];
$min = null;
$min_key = null;
$max = null;
$max_key = null;
$i = 0;

while(true)
{
	if(isset($arr[$i]))
	{
		if($arr[$i] > $max or $max === null)
		{
			$max = $arr[$i];
			$max_key = $i;
		}

		if($arr[$i] < $min or $min === null)
		{
			$min = $arr[$i];
			$min_key = $i;
		}
	}
	else
		break;

	$i++;
}

echo "Min value: $min <br> Min key: $min_key <br>";
echo "Max value: $max <br> Max key: $max_key";

Решение 3: list() + each()

Функция each() возвращает ключ и значение текущего элемента массива и смещает его внутренний указатель на единицу. Функция list() используется просто для удобства — с её помощью мы превращаем массив, который возвращает функция each, в две разные переменные:

<?php
$arr = [12, 4, 182, 1, 2.587];
$min = null;
$min_key = null;
$max = null;
$max_key = null;
$i = 0;

while(list($k, $v) = each($arr))
{
	if($v > $max or $max === null)
	{
		$max = $v;
		$max_key = $k;
	}

	if($v < $min or $min === null)
	{
		$min = $v;
		$min_key = $k;
	}
}

echo "Min value: $min <br> Min key: $min_key <br>";
echo "Max value: $max <br> Max key: $max_key";

Получился практически аналог foreach. Единственный минус в том, что начиная с PHP 7.2 функция each() объявлена устаревшей.

Решение 4: current() + next()

Это решение похоже на предыдущее с each(). Получаем текущий элемента массива функцией current() и смещаем внутренний указатель массива функцией next(). Получить текущий ключ массива можно с помощью функции key().

<?php
$arr = [12, 4, 182, 1, 2.587];
$min = null;
$min_key = null;
$max = null;
$max_key = null;
$i = 0;

while($v = current($arr))
{
	if($v > $max or $max === null)
	{
		$max = $v;
		$max_key = key($arr);
	}

	if($v < $min or $min === null)
	{
		$min = $v;
		$min_key = key($arr);
	}

	next($arr);
}

echo "Min value: $min <br> Min key: $min_key <br>";
echo "Max value: $max <br> Max key: $max_key";

Наибольший и наименьший элементы с циклом FOR

Решение 1: счётчик + count()

Вводим счётчик $i и увеличиваем его после каждой итерации. Цикл прекратится как только значение счётчика превысит количество элементов массива.

<?php
$arr = [12, 4, 182, 1, 2.587];
$min = null;
$min_key = null;
$max = null;
$max_key = null;

for($i = 0; $i < count($arr); $i++)
{
    if($arr[$i] > $max or $max === null)
    {
        $max = $arr[$i];
        $max_key = $i;
    }

    if($arr[$i] < $min or $min === null)
    {
        $min = $arr[$i];
        $min_key = $i;
    }
}

echo "Min value: $min <br> Min key: $min_key <br>";
echo "Max value: $max <br> Max key: $max_key";

Решение 2: счётчик + isset()

В отличие от предыдущего варианта, мы не смотрим на количество элементов массива, а запускаем вечный цикл и в каждой итерации проверяем существование следующего элемента, и если его нет — прерываем цикл командой break:

<?php
$arr = [12, 4, 182, 1, 2.587];
$min = null;
$min_key = null;
$max = null;
$max_key = null;

for($i = 0; true; $i++)
{
	if(!isset($arr[$i]))
		break;

    if($arr[$i] > $max or $max === null)
    {
        $max = $arr[$i];
        $max_key = $i;
    }

    if($arr[$i] < $min or $min === null)
    {
        $min = $arr[$i];
        $min_key = $i;
    }
}

echo "Min value: $min <br> Min key: $min_key <br>";
echo "Max value: $max <br> Max key: $max_key";

Решение 3: each() + list()

Функция each() возвращает массив с ключом и значением текущего элемента массива, а list() превращает этот массив в 2 разные переменные. После последнего элемента функция each() вернёт false и цикл прекратит работу.

<?php
$arr = [12, 4, 182, 1, 2.587];
$min = null;
$min_key = null;
$max = null;
$max_key = null;
$i = 0;

for(; list($k, $v) = each($arr);)
{
    if($v > $max or $max === null)
    {
        $max = $v;
        $max_key = $k;
    }

    if($v < $min or $min === null)
    {
        $min = $v;
        $min_key = $k;
    }
}

echo "Min value: $min <br> Min key: $min_key <br>";
echo "Max value: $max <br> Max key: $max_key";

Решение 4: current() + next()

С помощью функции next() смещаем внутренний указатель массива, а функции current() и key() возвращают текущие ключ и значение. Первое и последнее выражение цикла оставляем пустыми.

<?php
$arr = [12, 4, 182, 1, 2.587];
$min = null;
$min_key = null;
$max = null;
$max_key = null;
$i = 0;

for(; $v = current($arr);)
{
	if($v > $max or $max === null)
	{
		$max = $v;
		$max_key = key($arr);
	}

	if($v < $min or $min === null)
	{
		$min = $v;
		$min_key = key($arr);
	}

	next($arr);
}

echo "Min value: $min <br> Min key: $min_key <br>";
echo "Max value: $max <br> Max key: $max_key";

Максимальное значение в ассоциативном массиве

В ассоциативных массивах отсутствует порядок или системность в названиях ключей, поэтому циклы со счётчиками здесь недоступны.

Но мы всё ещё можем использовать цикл foreach и те решения для while и for, где используются функции each() и next(), поскольку они используют не ключи, а внутренний указатель массива.