C++优先级队列

目录

一、priority_queue的介绍

二、priority_queue的使用

三、priority_queue的模拟实现

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一、priority_queue的介绍

1、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。

2、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)。

3、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。

4、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

5、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。

6、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。

二、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。

函数声明	接口说明
priority_queue()/priority_queue(first, last)	构造一个空的优先级队列
empty( )	检测优先级队列是否为空，是返回true，否则返回 false
top( )	返回优先级队列中最大(最小元素)，即堆顶元素
push(x)	在优先级队列中插入元素x
pop()	删除优先级队列中最大(最小)元素，即堆顶元素

优先级队列的基本使用方法（针对基本数据类型）

1. #include <iostream>
2. #include <queue>
3. #include <vector>
4. #include <functional> // greater算法的头文件
5. using namespace std;
6. void TestPriorityQueue()
7. {
8. // 默认情况下，创建的是大堆，其底层按照小于号比较
9. vector<int> v{ 3,2,7,6,0,4,1,9,8,5 };
10. priority_queue<int> q1;
11. for (auto& e : v)
12. q1.push(e);
13. cout << q1.top() << endl;
14. // 如果要创建小堆，将第三个模板参数换成greater比较方式
15. priority_queue<int, vector<int>, greater<int>> q2(v.begin(), v.end());
16. cout << q2.top() << endl;
17. }
18. int main()
19. {
20. TestPriorityQueue();
21. return 0;
22. }

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对于自定义的数据类型的使用方法如下

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。

1. #include <iostream>
2. #include <queue>
3. #include <vector>
4. #include <functional> // greater算法的头文件
5. using namespace std;
6. class Date
7. {
8. public:
9. Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
10. : _year(year)
11. , _month(month)
12. , _day(day)
13. {}
14. bool operator<(const Date& d)const
15. {
16. return (_year < d._year) ||
17. (_year == d._year && _month < d._month) ||
18. (_year == d._year && _month == d._month && _day < d._day);
19. }
20. bool operator>(const Date& d)const
21. {
22. return (_year > d._year) ||
23. (_year == d._year && _month > d._month) ||
24. (_year == d._year && _month == d._month && _day > d._day);
25. }
26. friend ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d)
27. {
28. _cout << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day;
29. return _cout;
30. }
31. private:
32. int _year;
33. int _month;
34. int _day;
35. };
36. void TestPriorityQueue()
37. {
38. // 大堆，需要用户在自定义类型中提供<的重载
39. priority_queue<Date> q1;
40. q1.push(Date(2018, 10, 29));
41. q1.push(Date(2018, 10, 28));
42. q1.push(Date(2018, 10, 30));
43. cout << q1.top() << endl;
44. // 如果要创建小堆，需要用户提供>的重载
45. priority_queue<Date, vector<Date>, greater<Date>> q2;
46. q2.push(Date(2018, 10, 29));
47. q2.push(Date(2018, 10, 28));
48. q2.push(Date(2018, 10, 30));
49. cout << q2.top() << endl;
50. }
51. int main()
52. {
53. TestPriorityQueue();
54. return 0;
55. }

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三、priority_queue的模拟实现

1. #include <iostream>
2. #include <vector>
3. using namespace std;
4. namespace priority_queue
5. {
6. template <class T>
7. struct Less
8. {
9. bool operator() (const T& left, const T& right)
10. {
11. return left < right;
12. }
13. };
14. template <class T>
15. struct Greater
16. {
17. bool operator() (const T& left, const T& right)
18. {
19. return left > right;
20. }
21. };
22. template <class T, class Container = vector<T>, class Compare = less<T>>//默认建立大堆
23. class priority_queue
24. {
25. private:
26. Container _con;
27. Compare _cmp;
28. void adjust_down(size_t parent)
29. {
30. size_t child = parent * 2 + 1;
31. while (child < size())
32. {
33. if (child + 1 < size() && _cmp(_con[child], _con[child + 1]))
34. {
35. child += 1;
36. }
37. if (_cmp(_con[parent], _con[child]))
38. {
39. swap(_con[child], _con[parent]);
40. parent = child;
41. child = parent * 2 + 1;
42. }
43. else
44. {
45. break;
46. }
47. }
48. }
49. void adjust_up(size_t child)
50. {
51. size_t parent = (child - 1) / 2;
52. while (child > 0)
53. {
54. if (_cmp(_con[parent], _con[child]))
55. {
56. swap(_con[child], _con[parent]);
57. child = parent;
58. parent = (child - 1) / 2;
59. }
60. else
61. {
62. break;
63. }
64. }
65. }
66. public:
67. priority_queue()
68. {}
69. template <class InputIterator>
70. priority_queue(InputIterator first, InputIterator last)
71. {
72. while (first != last)
73. {
74. push(*first);
75. first++;
76. }
77. }
78. void push(const T& d)
79. {
80. _con.push_back(d);
81. adjust_up(size() - 1);
82. }
83. bool empty() const
84. {
85. return size() == 0;
86. }
87. size_t size() const
88. {
89. return _con.size();
90. }
91. void pop()
92. {
93. swap(_con[0], _con[size() - 1]);
94. _con.pop_back();
95. adjust_down(0);
96. }
97. const T& top() const
98. {
99. return _con[0];
100. }
101. };
102. class Date
103. {
104. public:
105. Date(int year, int month, int day)
106. :_year(year),
107. _month(month),
108. _day(day)
109. {}
110. void print()const
111. {
112. cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
113. }
114. bool operator< (const Date& d)const
115. {
116. if (_year < d._year)
117. {
118. return true;
119. }
120. else if (_year == d._year && _month < d._month)
121. {
122. return true;
123. }
124. else if (_year == d._year && _month == d._month && _day < d._day)
125. {
126. return true;
127. }
128. else
129. {
130. return false;
131. }
132. }
133. bool operator> (const Date& d)const
134. {
135. if (_year > d._year)
136. {
137. return true;
138. }
139. else if (_year == d._year && _month > d._month)
140. {
141. return true;
142. }
143. else if (_year == d._year && _month == d._month && _day > d._day)
144. {
145. return true;
146. }
147. else
148. {
149. return false;
150. }
151. }
152. int _year;
153. int _month;
154. int _day;
155. };
156. void priority_queue_test()
157. {
158. //priority_queue<int, vector<int>, Less<int>> pq;
159. //pq.push(3);
160. //pq.push(2);
161. //pq.push(5);
162. //pq.push(6);
163. //pq.push(7);
164. //pq.push(9);
165. //while (!pq.empty())
166. //{
167. // cout << pq.top() << endl;
168. // pq.pop();
169. //}
170. priority_queue<Date, vector<Date>, Less<Date>> pq;
171. pq.push(Date(2022, 6, 21));
172. pq.push(Date(1949, 10, 1));
173. pq.push(Date(1976, 5, 4));
174. pq.push(Date(1999, 6, 21));
175. pq.push(Date(2008, 1, 1));
176. pq.push(Date(2018, 1, 1));
177. while (!pq.empty())
178. {
179. cout << pq.top()._year << "-" << pq.top()._month << "-" << pq.top()._day << endl;
180. //pq.top().print();
181. pq.pop();
182. }
183. }
184. };
185. int main()
186. {
187. priority_queue::priority_queue_test();
188. return 0;
189. }

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