c++学习笔记-提高篇-STL-常用六大算法（遍历、查找、排序、拷贝和替换、算术生成、集合算法）

目录

概述

一、常用遍历算法

（1）for_each

（2）transform 

二、常用查找算法

（1）find

（2）find_if

（3）adjacent_find

（4）binary_search

（5）count

（6）count_if

三、常用排序算法

（1）sort

 （2）random_shuffle

（3）reverse

（4）merge 

四、常用拷贝和替换算法

（1）copy

（2）replace

（3）replace_if

（4）swap

五、常用算数生成算法

（1）accumulate

（2）fill

六、常用集合算法

（1）set_intersection 

（2）set_union 

（3）set_difference 

概述

  • 算法主要由头文件<algorithm><functional><numeric>组成
  • <algorithm>是所有STL头文件中最大的一个，范围涉及到比较、交换、查找、遍历操作、复制、修改等
  • <numeric>体积很小，只包括几个在序列上面简单数学运算的函数模版
  • <functional>定义了一下模版类，用以声明函数对象

一、常用遍历算法

1、学习目标：掌握常用的遍历算法

2、算法简介：

  • for_each   //遍历容器
  • transform  //搬运容器到另一个容器

3、常用遍历算法

（1）for_each

  • 功能描述：实现遍历容器
  • 函数原型：

for_each(iterator beg, iterator end, _func);

//beg 开始迭代器

//end 结束迭代器

//_func 函数或者函数对象

  • 示例：
#include<iostream>
#include<algorithm>
#include<vector>
using namespace std;//普通函数
void print01(int val)
{cout << val << "  ";
}//仿函数
class print02
{
public:void operator()(int val){cout << val <<"  ";}
};//常用遍历算法  for_each
void test01()
{vector<int>v;for (int i = 0; i < 10; i++){v.push_back(i);}for_each(v.begin(), v.end(), print01);cout << endl;for_each(v.begin(), v.end(), print02());cout << endl;
}int main()
{test01();system("pause");return 0;
}

（2）transform 

  • 功能描述：搬运容器到另一个容器中
  • 函数原型：

transform(iterator beg1, iterator end1, iterator beg2, _func);

//beg1 源容器开始迭代器

//end1 源容器结束迭代器

//beg2 目标容器开始迭代器

//_func 函数或者函数对象   

可以在搬运的时候进行逻辑运算，也可以不进行逻辑运算（不进行逻辑运算时return v  就行）

  • 示例：
#include<iostream>
#include<algorithm>
#include<vector>
using namespace std;//常用的遍历算法  transformclass Transform
{
public:int operator()(int v){return v + 100;}
};class myPrint
{
public:void operator()(int val){cout << val << "  ";}};
void test01()
{vector<int>v;for (int i = 0; i < 10; i++){v.push_back(i);}vector<int> vTarget;//目标容器vTarget.resize(v.size());transform(v.begin(), v.end(), vTarget.begin(), Transform());for_each(v.begin(), v.end(), myPrint());cout << endl;for_each(vTarget.begin(), vTarget.end(), myPrint());cout << endl;
}int main()
{test01();system("pause");return 0;
}

注意：目标容器需要提前开辟空间

vTargrt.resize(v.size());

二、常用查找算法

1.学习目标：掌握常用的查找算法

2.算法介绍：

  • find                 //查找元素是否存在
  • find_if             //按条件查找元素
  • adjacent_find     //查找相邻重复元素
  • binary_search    //二分查找法
  • count                  //统计元素个数
  • count_if              //按条件统计元素个数

3.算法示例

（1）find

  • 功能描述：查找指定元素，找到返回指定元素的迭代器，找不到返回结束迭代器end()
  • 函数原型：

find(iterator beg,iterator end,value)

//beg开始迭代器

//end结束迭代器

//value查找的元素

  • 示例：查找  内置数据类型  和  自定义数据类型
#include<iostream>
using namespace std;
#include<algorithm>
#include<vector>//查找  内置数据类型
void test01()
{vector<int>v;for (int i = 0; i < 10; i++){v.push_back(i);}//查找容器中  是否有50 这个元素vector<int>::iterator it = find(v.begin(), v.end(), 50);if (it == v.end()){cout << "没有找到" << endl;}else{cout << "找到：" << *it << endl;;}
}class Person
{
public:Person(string name, int age){this->m_Name = name;this->m_Age = age;}//重载  ==  底层find知道如何对比person数据类型bool operator==(const Person& p){if (this->m_Name == p.m_Name && this ->m_Age == p.m_Age){return true;}else{return false;}}string m_Name;int m_Age;};//查找  自定义数据类型
void test02()
{vector<Person>v;//创建数据Person p1("aaa", 1);Person p2("bbb", 2);Person p3("ccc", 3);Person p4("aaa", 4);//放入容器中v.push_back(p1);v.push_back(p2);v.push_back(p3);v.push_back(p4);Person pp("bbb", 2);vector<Person>::iterator it = find(v.begin(), v.end(), pp);if (it == v.end()){cout << "没有找到" << endl;}else{cout << "找到：  姓名：" << it->m_Name<<"   年龄"<<it->m_Age << endl;;}
}int main()
{test01();system("pause");return 0;
}

总结：利用find可以在容器中找指定元素，返回值是迭代器

（2）find_if

  • 功能描述：按照条件查找元素
  • 函数原型：

find_if(iterator beg, iterator end, _Pred);

//beg开始迭代器

//end结束迭代器

//_Pred函数或者谓词（返回bool类型的仿函数）

  • 示例：
#include<iostream>
using namespace std;
#include<vector>
#include<algorithm>//find_if查找 内置数据类型class GreatFive
{
public:bool operator()(int val){return val > 5;}
};
void test01()
{vector<int> v;for (int i = 0; i < 10; i++){v.push_back(i);}vector<int>::iterator it = find_if(v.begin(), v.end(), GreatFive());if (it == v.end()){cout << "没有找到" << endl;}else{cout << "找到大于五的数为：" << *it << endl;}
}//find_if查找 自定义数据类型
class Person
{
public:Person(string name, int age){this->m_Name = name;this->m_Age = age;}string m_Name;int m_Age;
};class Great20
{
public:bool operator()(Person &p){return p.m_Age > 20;}
};
void test02()
{vector<Person> v;//创建数据Person p1("aaa", 10);Person p2("bbb", 20);Person p3("ccc", 30);Person p4("ddd", 40);v.push_back(p1);v.push_back(p2);v.push_back(p3);v.push_back(p4);//找年龄大于20的人vector<Person>::iterator it = find_if(v.begin(), v.end(), Great20());if (it == v.end()){cout << "没有找到" << endl;}else{cout << "找到年龄大于20 ：    姓名：" << it->m_Name << "  年龄：" << it->m_Age << endl;;}
}int main()
{//test01();test02();system("pause");return 0;}

（3）adjacent_find

  • 功能描述：查找相邻元素，返回相邻元素的第一个位置的迭代器
  • 函数原型：

adjacent_find(iterator beg, iterator end);

//beg开始迭代器

//end结束迭代器

  • 示例：
#include<iostream>
#include<vector>
#include<algorithm>
using namespace std;void test01()
{vector<int> v;v.push_back(0);v.push_back(2);v.push_back(0);v.push_back(4);v.push_back(1);v.push_back(4);v.push_back(1);v.push_back(3);vector<int>::iterator pos = adjacent_find(v.begin(), v.end());if (pos == v.end()){cout << "未找到相邻元素" << endl;}else{cout << "找到相邻元素: "<<*pos << endl;}
}int main()
{test01();system("pause");return 0;
}
  • 功能描述：查找指定元素是否存在,返回bool值（查到返回true,否则false)
  • 函数原型：

bool binary_search(iterator beg, iterator end, value)

//注意：在无序序列中不可用

//beg开始迭代器

//end结束迭代器

//value查找的元素

  • 示例：
#include<iostream>
#include<vector>
#include<algorithm>
using namespace std;void test01()
{vector<int> v;for (int i = 0; i < 10; i++){v.push_back(i);}//查找容器中是否有9  元素//v.push_back(2);//如果加入2后变无序序列，结果未知//注意：容器必须是有序序列bool ret = binary_search(v.begin(), v.end(), 9);if (ret){cout << "找到元素" << endl;}else{cout << "未找到元素" << endl;}}int main()
{test01();system("pause");return 0;
}

（5）count

  • 功能描述：统计元素出现次数
  • 函数原型：

count(iterator beg, iterator end, value)

//beg开始迭代器

//end结束迭代器

//value统计的元素

  • 示例：
#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;
#include<algorithm>//统计  内置数据类型
void test01()
{vector<int>v;v.push_back(10);v.push_back(40);v.push_back(30);v.push_back(40);v.push_back(20);v.push_back(40);int num = count(v.begin(), v.end(), 40);cout << "40的元素个数为： " << num << endl;
}//统计  自定义数据类型
class Person
{
public:Person(string name, int age){this->m_Name = name;this->m_Age = age;}bool operator==(const Person& p)//重载了“==”{if (this->m_Age == p.m_Age)  //这里可以更改条件{return true;}else{return false;}}string m_Name;int m_Age;    
};void test02()
{vector<Person> v;Person p1("a", 10);Person p2("b", 20);Person p3("c", 30);Person p4("d", 40);Person p5("d", 30);v.push_back(p1);v.push_back(p2);v.push_back(p3);v.push_back(p4);v.push_back(p5);Person p("e", 50);//查找和p相同30岁的人int num = count(v.begin(), v.end(), p);if (num){cout << "和e同岁的人有：" << num << endl;}else{cout << "无和e同岁的人" << endl;}}int main()
{//test01();test02();system("pause");return 0;
}

（6）count_if

  • 功能描述：按照条件统计元素个数
  • 函数原型：

coynt_if(iterator beg, iterator end, _Pred)

//beg开始迭代器

//end结束迭代器

//_Pred谓词

  • 示例：
#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;
#include<algorithm>//常用查找算法 count_if
//统计  内置数据类型
class Great30
{
public:bool operator()(int val){return val > 30;}
};void test01()
{vector<int> v;v.push_back(10);	v.push_back(40);v.push_back(30);v.push_back(40);v.push_back(40);int num = count_if(v.begin(), v.end(), Great30());if (num){cout << "大于30的数有：" << num << "个" << endl;}else{cout << "无大于30的数" << endl;}}//统计  自定义数据类型
class Person
{
public:Person(string name, int age){this->m_Name = name;this->m_Age = age;}string m_Name;int m_Age;
};class AgeGreat20
{
public:bool operator()(const Person &p1){return p1.m_Age > 20;}
};void test02()
{vector<Person>v;Person p1("aaa", 10);Person p2("bbb", 20);Person p3("ccc", 30);Person p4("ddd", 40);Person p5("eee", 30);v.push_back(p1);v.push_back(p2);v.push_back(p3);v.push_back(p4);v.push_back(p5);int num = count_if(v.begin(), v.end(), AgeGreat20());cout << "大于20人员的个数为：" << num << endl;
}int main()
{//test01();test02();system("pause");return 0;
}

三、常用排序算法

常用的排序算法

  • sort                          //对容器内元素进行排序
  • random_shuffle       //洗牌，指定范围内的元素随机调整次序
  • merge                     //容器元素合并，并存储到另一容器
  • reverse                   //反转指定范围的元素

（1）sort

  • 功能描述：对容器内元素进行排序
  • 函数原型：

sort(iterator beg, iterator end, _Pred)

//beg开始迭代器

//end结束迭代器

//_Pred谓词，默认从小到大，可以改变排序规则

  • 示例：
#include<iostream>
#include<vector>
#include<algorithm>
using namespace std;//常用排序算法 sort
void myPrint(int val)
{cout << val << "  ";
}void test01()
{vector<int> v;v.push_back(10);v.push_back(30);v.push_back(20);v.push_back(50);v.push_back(40);//利用sort进行升序排序sort(v.begin(), v.end());for_each(v.begin(), v.end(),myPrint);cout << endl;//改变  降序排序sort(v.begin(), v.end(), greater<int>());//greater<int>()是内置函数for_each(v.begin(), v.end(), myPrint);cout << endl;
}int main()
{test01();system("pause");return 0;
}

 （2）random_shuffle

  • 功能描述：洗牌，指定范围内的元素随机调整次序
  • 函数原型：

random_shuffle（iterator beg, iterator end）

//beg开始迭代器

//end结束迭代器

  • 示例：
#include<iostream>
#include<vector>
#include<algorithm>
using namespace std;
#include<ctime>void myPrint(int val)
{cout<<val<<" ";
}
void test01()
{srand((unsigned)time(NULL));//随机数种子vector<int> v;for (int i = 0; i < 10; i++){v.push_back(i);}//利用洗牌算法  打乱顺序random_shuffle(v.begin(), v.end());for_each( v.begin(), v.end(), myPrint);cout << endl;
}int main()
{test01();system("pause");return 0;
}

 总结：记得加上随机数种子srand((unsigned)time(NULL))，才能模拟真实的随机

（3）reverse

  • 功能描述：将容器内元素进行反转
  • 函数原型：

reverse(iterator beg, iterator end);

//beg开始迭代器

//end结束迭代器

  • 示例：
#include<iostream>
#include<vector>
#include<algorithm>
using namespace std;//常用排序算法 reversevoid myPrint(int val)
{cout << val << "  ";
}
void test01()
{vector<int>v;v.push_back(10);v.push_back(20);v.push_back(40);v.push_back(30);v.push_back(50);v.push_back(80);cout << "反转前：" << endl;for_each(v.begin(), v.end(), myPrint);cout << endl;cout << "反转后：" << endl;reverse(v.begin(),v.end());for_each(v.begin(), v.end(), myPrint);cout << endl;
}int main()
{test01();system("pause");return 0;
}

（4）merge 

  • 功能描述： 两个容器元素合并，并存储到另一容器中 两个容器元素必须是有序的，都是同样顺序的，不能一个升序一个降序，而且合并之后的新容器也是有序的
  • 函数原型： merge (iterator beg1, iterator end1, iterator beg2, iterator end2, iterator dest);
  • 示例：
#include<iostream>
#include<vector>
#include<algorithm>
using namespace std;void myPrint(int val)
{cout << val << "  ";
}void test01()
{//first 和 second 数组中各存有 1 个有序序列int first[] = { 5,10,15,20,25 };int second[] = { 7,17,27,37,47,57 };//用于存储新的有序序列vector<int> myvector(11);//将 [first,first+5) 和 [second,second+6) 合并为 1 个有序序列，并存储到myvector容器中。merge(first, first + 5, second, second + 6, myvector.begin());//输出 myvector 容器中存储的元素for_each(myvector.begin(), myvector.end(), myPrint);cout << endl;	
}int main()
{test01();system("pause");return 0;
}

四、常用拷贝和替换算法

常用拷贝和替换算法

  • copy()             //容器内指定范围的元素拷贝到另一个容器中
  • replace()         //容器内指定范围的旧元素修改为新元素
  • replace_if()     //容器内指定范围满足条件的元素替换为新元素
  • swap()            //互换两个容器元素

（1）copy

  • 功能描述：容器内指定范围的元素拷贝到另一个容器中
  • 函数原型：

copy（iterator beg, iterator end, iterator dest）

//beg开始迭代器

//end结束迭代器

//dest目标起始迭代器

  • 示例：
#include<iostream>
#include<vector>
#include<algorithm>
using namespace std;//常用的拷贝和替换算法 copy
void myPrint(int val)
{cout << val << "  ";
}
void test01()
{vector<int> v1;for (int i = 0; i < 10; i++){v1.push_back(i);}vector<int> v2;v2.resize(v1.size());copy(v1.begin(), v1.end(), v2.begin());//等价于使用  v2=v1for_each(v2.begin(), v2.end(), myPrint);cout << endl;
}int main()
{test01();system("pause");return 0;
}

总结：在利用copy算法进行拷贝时，目标容器记得提前开辟空间 

（2）replace

  • 功能描述：容器内指定范围的旧元素修改为新元素
  • 函数原型：

replace（iterator beg, iterator end, oldvalue,newvalue）

//beg开始迭代器

//end结束迭代器

//oldvalue旧元素

//newvalue新元素

  • 示例：
#include<iostream>
#include<vector>
#include<algorithm>
using namespace std;//常用的拷贝和替换算法 replace//仿函数
class myPrint
{
public:void operator()(int val){cout << val << "  ";}
};void test01()
{vector<int> v;v.push_back(20);v.push_back(30);v.push_back(20);v.push_back(50);v.push_back(10);v.push_back(30); v.push_back(100);v.push_back(30);cout << "替换前：" << endl;for_each(v.begin(), v.end(), myPrint());cout << endl;cout << "替换后：" << endl;//将20替换为2000replace(v.begin(), v.end(), 20, 2000);for_each(v.begin(), v.end(), myPrint());cout << endl;
}int main()
{test01();system("pause");return 0;
}

总结：replace会替换区间内索引满足条件的元素

（3）replace_if

  • 功能描述：容器内指定范围满足条件的元素替换为新元素
  • 函数原型：

replace（iterator beg, iterator end, _Pred, newvalue）

//beg开始迭代器

//end结束迭代器

//_Pred谓词

//newvalue旧元素

  • 示例：
#include<iostream>
#include<vector>
#include<algorithm>
using namespace std;//常用的拷贝和替换算法 replace_if
class myPrint
{
public:void operator()(int val){cout << val << "  ";}
};class great30 //仿函数
{
public:bool operator()(int val){return val >= 30;}
};void test01()
{vector<int> v;v.push_back(20);v.push_back(30);v.push_back(50);v.push_back(50);v.push_back(30);v.push_back(10);v.push_back(10);v.push_back(60);v.push_back(10);v.push_back(30);cout << "替换前：" << endl;for_each(v.begin(), v.end(), myPrint());cout << endl;//将大于等于30  替换为3000replace_if(v.begin(), v.end(), great30(), 3000);cout << "替换后：" << endl;for_each(v.begin(), v.end(), myPrint());cout << endl;}int main()
{test01();system("pause");return 0;
}

（4）swap

  • 功能描述：互换两个容器元素
  • 函数原型：

swap（container c1,container c2);

//c1容器

//c2容器

  • 示例：
#include<iostream>
#include<vector>
#include<algorithm>
using namespace std;//常用拷贝和替换算法  swap
class myPrint
{
public:void operator()(int val){cout << val << "  ";}
};
void test01()
{vector<int> v1;vector<int> v2;for (int i = 0; i < 10; i++){v1.push_back(i);v2.push_back(100 + i);}cout << "交换前：" << endl;for_each(v1.begin(), v1.end(), myPrint());cout << endl;for_each(v2.begin(), v2.end(), myPrint());cout << endl;cout << "----------------------------" << endl;cout << "交换后：" << endl;swap(v1, v2);for_each(v1.begin(), v1.end(), myPrint());cout << endl;for_each(v2.begin(), v2.end(), myPrint());cout << endl;}int main()
{test01();system("pause");return 0;
}

 总结：swap交换容器时，注意交换的容器要同种类型

五、常用算数生成算法

常用的算数生成算法

  • accumulate            //计算容器元素累计总和
  • fill                           //向容器中添加元素

注意：算术生成算法属于小型算法，使用时包含头文件为#include<numeric>

（1）accumulate

  • 功能描述：计算区间内 容器元素累计和
  • 函数原型：

accumulate（iterator beg, iterator end, value）

//beg开始迭代器

//end结束迭代器

//起始的累加值

  • 示例：
#include<iostream>
#include<vector>
#include<numeric>
using namespace std;//常用算术生成算法int main()
{vector<int>v;for (int i = 0; i < 101; i++){v.push_back(i);}int total = accumulate(v.begin(), v.end(), 0);//参数3是起始的累加值cout << "total = " << total << endl;system("pause");return 0;
}

（2）fill

  • 功能描述：向容器中填充指定的元素
  • 函数原型：

fill（iterator beg, iterator end, value）

//beg开始迭代器

//end结束迭代器

//起始的累加值

  • 示例：
#include<iostream>
#include<vector>
#include<numeric>
#include<algorithm>
using namespace std;void myPrint(int val)
{cout << val << "   ";
}//常用算术生成算法  fill
void test01()
{vector<int> v;v.resize(10);//后期重新填充fill(v.begin(), v.end(), 100);for_each(v.begin(), v.end(), myPrint);cout << endl;
}int main()
{test01();system("pause");return 0;
}

六、常用集合算法

常用的集合算法：

  • set_intersection          //求两个容器的交集
  • set_union                   //求两个容器的并集 
  • set_difference            //求两个容器的差集

（1）set_intersection 

功能描述：求两个容器的交集

函数原型：

set_intersection（iterator beg1, iterator end1,iterator beg2, iterator end2, iterator dest）

//beg1容器1开始迭代器

//end1容器1结束迭代器

//beg2容器2开始迭代器

//end2容器2结束迭代器

//dest目标容器起始迭代器

注意：两个集合必须是有序序列

示例：

#include<iostream>
#include<vector>
#include<numeric>
#include<algorithm>
using namespace std;void myPrint(int val)
{cout << val << "  ";
}void test01()
{vector<int> v1;vector<int> v2;for (int i = 0; i < 10; i++){v1.push_back(i);//0~9v2.push_back(i+5);//5~14}vector<int> vTarget;//目标容器需要提前开辟空间//最特殊的情况   大容器包含小容器//开辟空间  取小容器的size即可vTarget.resize(min(v1.size(), v2.size()));vector<int>::iterator itEnd = set_intersection(v1.begin(), v1.end(), v2.begin(), v2.end(), vTarget.begin());for_each(vTarget.begin(), itEnd , myPrint);cout << endl;}int main()
{test01();system("pause");return 0;
}

总结：

  • 求交集的两个集合必须是有序序列
  • 目标容器开辟空间需要从两个容器中取较小size 
  • set_intersection返回值是交集中最后一个元素的位置

（2）set_union 

  • 功能描述：求两个容器的并集
  • 函数原型：

set_union（iterator beg1, iterator end1,iterator beg2, iterator end2, iterator dest）

注意：两个集合必须是有序序列

//beg1容器1开始迭代器

//end1容器1结束迭代器

//beg2容器2开始迭代器

//end2容器2结束迭代器

//dest目标容器起始迭代器

  • 示例：
#include<iostream>
#include<vector>
#include<numeric>
#include<algorithm>
using namespace std;class myPrint
{
public:void operator()(int val){cout << val << "  ";}
};//常用集合算法  set_union
void test01()
{vector<int> v1;vector<int> v2;for (int i = 0; i < 10; i++){v1.push_back(i);v2.push_back(i + 5);}vector<int>vTarget;//目标容器要提前开辟空间//最特殊的情况  两个容器没有交集，并集就是两个容器size相加vTarget.resize(v1.size() + v2.size());vector<int>::iterator itEnd = set_union(v1.begin(), v1.end(), v2.begin(), v2.end(), vTarget.begin());for_each(vTarget.begin(), itEnd , myPrint());cout << endl;
}int main()
{test01();system("pause");return 0;
}
  • 求并集的两个集合必须是有序序列
  • 目标容器开辟空间需要从两个容器相加
  • set_union返回值是并集中最后一个元素的位置

（3）set_difference 

  • 功能描述：求两个集合的差集
  • 函数原型：

set_difference（iterator beg1, iterator end1,iterator beg2, iterator end2, terator dest）

注意：两个集合必须是有序序列

//beg1容器1开始迭代器

//end1容器1结束迭代器

//beg2容器2开始迭代器

//end2容器2结束迭代器

//dest目标容器起始迭代器

  • 示例：
#include<iostream>
#include<vector>
#include<numeric>
#include <algorithm>
using namespace std;class myPrint
{
public:void operator()(int val){cout << val << "  ";}
};//常用集合算法  set_difference
void test01()
{vector<int>v1;vector<int>v2;for (int i = 0; i < 10; i++){v1.push_back(i);v2.push_back(i + 5);}//创建目标容器vector<int>vTarget;//给目标容器开辟空间//最特殊情况  两个容器没有交集，取两个容器中大的size作为目标容器开辟空间vTarget.resize(max(v1.size(), v2.size()));cout << "v1与v2的差集为：" << endl;vector<int>::iterator itEnd = set_difference(v1.begin(), v1.end(), v2.begin(), v2.end(), vTarget.begin());for_each(vTarget.begin(), itEnd, myPrint());cout << endl;cout << "———————————————————————————" << endl;cout << "v2与v1的差集为：" << endl;vector<int>::iterator itEnd1 = set_difference(v2.begin(), v2.end(), v1.begin(), v1.end(), vTarget.begin());for_each(vTarget.begin(), itEnd1, myPrint());cout << endl;
}int main()
{test01();system("pause");return 0;}
  • 求差集的两个集合必须是有序序列
  • 目标容器开辟空间需要从两个容器取较大
  • set_union返回值是差集中最后一个元素的位置

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