优先队列用法

最新推荐文章于 2025-02-27 21:59:06 发布

MandyXin

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本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/MandyXin/article/details/41450157

模板原型：

priority_queue<T,Sequence,Compare>

T:存放容器的元素类型

Sequence:实现优先级队列的底层容器，默认是vector<T>

Compare:用于实现优先级的比较函数，默认是functional中的less<T>

常用的操作如下：

empty() 如果优先队列为空，则返回真
pop() 删除第一个元素
push() 加入一个元素
size() 返回优先队列中拥有的元素的个数
top() 返回优先队列中有最高优先级的元素

但是在使用时必须注意：priority_queue放置元素时，不会判断元素是否重复。（因为在模板的第二个参数时顺序容器，不能保证元素的唯一性）此外可以替代默认的Compare函数

priority_queue 调用 STL里面的 make_heap(), pop_heap(), push_heap() 算法
实现，也算是堆的另外一种形式。

先写一个用 STL 里面堆算法实现的与真正的STL里面的 priority_queue 用法相
似的 priority_queue，以加深对 priority_queue 的理解

#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <vector>

using namespace std;

class priority_queue
{
    private:
        vector<int> data;

    public:
        void push( int t ){
            data.push_back(t);
            push_heap( data.begin(), data.end());
        }

        void pop(){
            pop_heap( data.begin(), data.end() );
            data.pop_back();
        }

        int top()    { return data.front(); }
        int size()   { return data.size();  }
        bool empty() { return data.empty(); }
};

int main()
{
    priority_queue  test;
    test.push( 3 );
    test.push( 5 );
    test.push( 2 );
    test.push( 4 );

    while( !test.empty() ){
        cout << test.top() << endl;
        test.pop(); }

    return 0;
}

STL里面的 priority_queue 写法与此相似，只是增加了模板及相关的迭代器什么的。

priority_queue 对于基本类型的使用方法相对简单。
他的模板声明带有三个参数，priority_queue<Type, Container, Functional>
Type 为数据类型， Container 为保存数据的容器，Functional 为元素比较方式。
Container 必须是用数组实现的容器，比如 vector, deque 但不能用 list.
STL里面默认用的是 vector. 比较方式默认用 operator< , 所以如果你把后面俩个
参数缺省的话，优先队列就是大顶堆，队头元素最大。
看例子

#include <iostream>
#include <queue>

using namespace std;

int main(){
    priority_queue<int> q;

    for( int i= 0; i< 10; ++i ) q.push( rand() );
    while( !q.empty() ){
        cout << q.top() << endl;
        q.pop();
    }

    getchar();
    return 0;
}

如果要用到小顶堆，则一般要把模板的三个参数都带进去。
STL里面定义了一个仿函数 greater<>，对于基本类型可以用这个仿函数声明小顶堆
例子:

#include <iostream>
#include <queue>

using namespace std;

int main(){
    priority_queue<int, vector<int>, greater<int> > q;

    for( int i= 0; i< 10; ++i ) q.push( rand() );
    while( !q.empty() ){
        cout << q.top() << endl;
        q.pop();
    }

    getchar();
    return 0;
}

对于自定义类型，则必须自己重载 operator< 或者自己写仿函数
先看看例子:

#include <iostream>
#include <queue>

using namespace std;

struct Node{
    int x, y;
    Node( int a= 0, int b= 0 ):
        x(a), y(b) {}
};

bool operator<( Node a, Node b ){
    if( a.x== b.x ) return a.y> b.y;
    return a.x> b.x;
}

int main(){
    priority_queue<Node> q;

    for( int i= 0; i< 10; ++i )
    q.push( Node( rand(), rand() ) );

    while( !q.empty() ){
        cout << q.top().x << ' ' << q.top().y << endl;
        q.pop();
    }

    getchar();
    return 0;
}

自定义类型重载 operator< 后，声明对象时就可以只带一个模板参数。
但此时不能像基本类型这样声明
priority_queue<Node, vector<Node>, greater<Node> >;
原因是 greater<Node> 没有定义，如果想用这种方法定义
则可以按如下方式

例子:

#include <iostream>
#include <queue>

using namespace std;

struct Node{
    int x, y;
    Node( int a= 0, int b= 0 ):
        x(a), y(b) {}
};

struct cmp{
    bool operator() ( Node a, Node b ){
        if( a.x== b.x ) return a.y> b.y;

        return a.x> b.x; }
};

int main(){
    priority_queue<Node, vector<Node>, cmp> q;

    for( int i= 0; i< 10; ++i )
    q.push( Node( rand(), rand() ) );

    while( !q.empty() ){
        cout << q.top().x << ' ' << q.top().y << endl;
        q.pop();
    }

    getchar();
    return 0;
}

priority_queue

在优先队列中，优先级高的元素先出队列。
标准库默认使用元素类型的<操作符来确定它们之间的优先级关系。
优先队列的第一种用法，也是最常用的用法：

priority_queue<int> qi;

通过<操作符可知在整数中元素大的优先级高。
故示例1中输出结果为：9 6 5 3 2

第二种方法：
在示例1中，如果我们要把元素从小到大输出怎么办呢？
这时我们可以传入一个比较函数，使用functional.h函数对象作为比较函数。

priority_queue<int, vector<int>, greater<int> >qi2;

其中
第二个参数为容器类型。
第二个参数为比较函数。
故示例2中输出结果为：2 3 5 6 9

第三种方法：
自定义优先级。

struct node
{
    friend bool operator< (node n1, node n2)
    {
        return n1.priority < n2.priority;
    }
    int priority;
    int value;
};

在该结构中，value为值，priority为优先级。
通过自定义operator<操作符来比较元素中的优先级。
在示例3中输出结果为：
优先级值
9          5
8          2
6          1
2          3
1          4
但如果结构定义如下：

struct node
{
    friend bool operator> (node n1, node n2)
    {
        return n1.priority > n2.priority;
    }
    int priority;
    int value;
};

则会编译不过（G++编译器）
因为标准库默认使用元素类型的<操作符来确定它们之间的优先级关系。
而且自定义类型的<操作符与>操作符并无直接联系，故会编译不过。

//代码清单

#include<iostream>
#include<functional>
#include<queue>
using namespace std;
struct node
{
    friend bool operator< (node n1, node n2)
    {
        return n1.priority < n2.priority;
    }
    int priority;
    int value;
};
int main()
{
    const int len = 5;
    int i;
    int a[len] = {3,5,9,6,2};
    //示例1
    priority_queue<int> qi;
    for(i = 0; i < len; i++)
        qi.push(a[i]);
    for(i = 0; i < len; i++)
    {
        cout<<qi.top()<<" ";
        qi.pop();
    }
    cout<<endl;
    //示例2
    priority_queue<int, vector<int>, greater<int> >qi2;
    for(i = 0; i < len; i++)
        qi2.push(a[i]);
    for(i = 0; i < len; i++)
    {
        cout<<qi2.top()<<" ";
        qi2.pop();
    }
    cout<<endl;
    //示例3
    priority_queue<node> qn;
    node b[len];
    b[0].priority = 6; b[0].value = 1;
    b[1].priority = 9; b[1].value = 5;
    b[2].priority = 2; b[2].value = 3;
    b[3].priority = 8; b[3].value = 2;
    b[4].priority = 1; b[4].value = 4;

    for(i = 0; i < len; i++)
        qn.push(b[i]);
    cout<<"优先级"<<'/t'<<"值"<<endl;
    for(i = 0; i < len; i++)
    {
        cout<<qn.top().priority<<'/t'<<qn.top().value<<endl;
        qn.pop();
    }
    return 0;
}