priority_queue的模拟实现
1. priority_queue的介绍和使用
1.1 priority_queue的介绍
- 优先队列是一种容器适配器，根据严格的弱排序标准，它的第一个元素总是它所包含的元素中最大的。
- 此上下文类似于堆，在堆中可以随时插入元素，并且只能检索最大堆元素(优先队列中位于顶部的元素)。
- 优先队列被实现为容器适配器，容器适配器即将特定容器类封装作为其底层容器类，queue提供一组特定的成员函数来访问其元素。元素从特定容器的“尾部”弹出，其称为优先队列的顶部。
- 底层容器可以是任何标准容器类模板，也可以是其他特定设计的容器类。容器应该可以通过随机访问迭代器访问，并支持以下操作：
- empty()：检测容器是否为空
- size()：返回容器中有效元素个数
- front()：返回容器中第一个元素的引用
- push_back()：在容器尾部插入元素
- pop_back()：删除容器尾部元素
- 标准容器类vector和deque满足这些需求。默认情况下，如果没有为特定的priority_queue类实例化指定容器类，则使用vector。
- 需要支持随机访问迭代器，以便始终在内部保持堆结构。容器适配器通过在需要时自动调用算法函数make_heap、push_heap和pop_heap来自动完成此操作。
1.2 priority_queue的使用
优先级队列默认使用vector作为其底层存储数据的容器，在vector上又使用了堆算法将vector中元素构造成堆的结构，因此priority_queue就是堆，所有需要用到堆的位置，都可以考虑使用priority_queue。
注意：默认情况下priority_queue是大堆。
#include <iostream>
using namespace std;
#include <queue>
int main()
{
//默认是大堆 -- 大的优先级高
//priority_queue<int> q
priority_queue<int> q;
q.push(1);
q.push(3);
q.push(4);
q.push(2);
while (!q.empty())
{
cout << q.top() << " ";
q.pop();
}
cout << endl;
return 0;
}
运行结果如图：
默认是大堆，传的是less<T>如果我们希望使用小堆就要自己传一个仿函数
int main()
{
priority_queue<int,vector<int>,greater<int>> q;
q.push(1);
q.push(3);
q.push(4);
q.push(2);
while (!q.empty())
{
cout << q.top() << " ";
q.pop();
}
cout << endl;
return 0;
}
运行结果如图：
2. priority_queue的模拟实现
通过对priority_queue的底层结构就是堆，因此此处只需对对进行通用的封装即可
namespace hb
{
template<class T,class Continer = vector<T>>
//大堆
class priority_queue
{
public:
void push(const T& x)
{
_con.push_back(x);
adjust_up(_con.size() - 1);
}
void adjust_up(int child)
{
int parent = (child - 1) / 2;
while (child > 0)
{
if (_con[child] > _con[parent])
{
swap(_con[child], _con[parent]);
child = parent;
parent = (child - 1) / 2;
}
else
{
break;
}
}
}
void adjust_down(int parent)
{
int child = parent * 2 + 1;
if (child + 1 < _con.size() && _con[child + 1] > _con[child])
{
child++;
}
while (child < _con.size())
{
if (_con[child] > _con[parent])
{
swap(_con[child], _con[parent]);
parent = child;
child = parent * 2 + 1;
}
else
{
break;
}
}
}
void pop()
{
swap(_con[0], _con[_con.size() - 1]);
_con.pop_back();
adjust_down(0);
}
size_t size()
{
return _con.size();
}
bool empty()
{
return _con.empty();
}
const T& top() const
{
return _con.front();
}
private:
Continer _con;
};
}
代码测试:
int main()
{
priority_queue<int> q;
q.push(1);
q.push(3);
q.push(4);
q.push(2);
while (!q.empty())
{
cout << q.top() << " ";
q.pop();
}
cout << endl;
return 0;
}
运行结果如图：
但是如果我们希望把大堆变成小堆就需要改变代码的比较方式，所以这里我们我们可以增加一个模板参数，通过这个模板参数来控制比较的方式，所以这里就要用到仿函数。
namespace hb
{
template<class T>
struct Less
{
bool operator()(const T& x, const T& y)
{
return x < y;
}
};
template<class T>
struct Greater
{
bool operator()(const T& x, const T& y)
{
return x > y;
}
};
template<class T, class Continer = vector<T>,class Compare = Less<T>>
class priority_queue
{
public:
void push(const T& x)
{
_con.push_back(x);
adjust_up(_con.size() - 1);
}
void adjust_up(int child)
{
Compare compare;
int parent = (child - 1) / 2;
while (child > 0)
{
if (compare(_con[parent],_con[child]))
{
swap(_con[child], _con[parent]);
child = parent;
parent = (child - 1) / 2;
}
else
{
break;
}
}
}
void adjust_down(int parent)
{
Compare compare;
int child = parent * 2 + 1;
if (child + 1 < _con.size() && compare(_con[child], _con[child + 1]))
{
child++;
}
while (child < _con.size())
{
if (compare(_con[parent], _con[child]))
{
swap(_con[child], _con[parent]);
parent = child;
child = parent * 2 + 1;
}
else
{
break;
}
}
}
void pop()
{
swap(_con[0], _con[_con.size() - 1]);
_con.pop_back();
adjust_down(0);
}
size_t size()
{
return _con.size();
}
bool empty()
{
return _con.empty();
}
const T& top() const
{
return _con.front();
}
private:
Continer _con;
};
}
代码测试:
int main()
{
priority_queue<int,vector<int>,hb::Greater<int>> q;
q.push(1);
q.push(3);
q.push(4);
q.push(2);
while (!q.empty())
{
cout << q.top() << " ";
q.pop();
}
cout << endl;
return 0;
}
运行结果如图：
如果在priority_queue中放自定义类型的数据，用户需要在自定义类型中提供> 或者< 的重载。
class Date
{
public:
Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
: _year(year)
, _month(month)
, _day(day)
{}
bool operator<(const Date& d)const
{
return (_year < d._year) ||
(_year == d._year && _month < d._month) ||
(_year == d._year && _month == d._month && _day < d._day);
}
bool operator>(const Date& d)const
{
return (_year > d._year) ||
(_year == d._year && _month > d._month) ||
(_year == d._year && _month == d._month && _day > d._day);
}
friend ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d)
{
_cout << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day;
return _cout;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
如果是以下这种情况呢
虽然指针也可以比较大小，但是指针比较大小的方式是按照地址的大小来比较，显然不符合我们的预期，我们希望的是比较指针解引用的内容。
所以再写一个专门用来比较指针解引用的仿函数
template<class T>
struct LessDate
{
bool operator()(const T& x, const T& y)
{
return *x < *y;
}
};
3. 堆排序
void adjust_down(vector<int>& v,int parent,int n)
{
int child = parent * 2 + 1;
if (child + 1 < n && v[child + 1] > v[child])
{
child++;
}
while (child < n)
{
if (v[child] > v[parent])
{
swap(v[child], v[parent]);
parent = child;
child = parent * 2 + 1;
}
else
{
break;
}
}
}
void HeapSort(vector<int>& v)
{
//向下调整建堆
for (int i = (v.size() - 1 - 1) / 2; i >= 0; i--)
{
adjust_down(v,i,v.size());
}
//升序建大堆
/*swap(v[0], v[v.size() - 1]);
adjust_down(v, 0,v.size() - 1);*/
for (int i = v.size() - 1; i > 0; i--)
{
swap(v[0], v[i]);
adjust_down(v, 0, i);
}
}
代码测试:
void test()
{
vector<int> v = { 1,4,3,2,4,6 };
HeapSort(v);
for (auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
运行结果如图：
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