c++ 优先队列(priority_queue)
优先队列的本质是堆,但它具有队列的所有操作特性,与普通队列不同的地方就是出队的时候按照优先级顺序出队,这个优先级即最大堆或最小堆的规则(即大的为top优先出队或小的为top优先出队),在队列的基础上加了个堆排序。
以O(log n) 的效率查找一个队列中的最大值或者最小值,其中是最大值还是最小值是根据创建的优先队列的性质来决定的。
priority_queue
对于这个模板类priority_queue,它是STL所提供的一个非常有效的容器。
作为队列的一个延伸,优先队列包含在头文件 <queue>
中
C ++中的优先队列是STL中的派生容器,它仅考虑最高优先级元素。队列遵循FIFO策略,而优先队列根据优先级弹出元素,即,优先级最高的元素首先弹出。
它在某些方面类似于普通队列,但在以下方面有所不同:
在优先队列中,队列中的每个元素都与某个优先级相关联,但是优先级在队列数据结构中不存在。
优先队列中具有最高优先级的元素将被首先删除,而队列遵循FIFO(先进先出)策略,这意味着先插入的元素将被首先删除。
如果存在多个具有相同优先级的元素,则将考虑该元素在队列中的顺序。
注意:优先队列是普通队列的扩展版本,但优先级最高的元素将首先从优先队列中删除。
优先队列的语法
priority_queue<Type, Container, Functional>
其中Type 为数据类型, Container 为保存数据的容器,Functional 为元素比较方式。
1.在STL中,默认情况下(不加后面两个参数)是以vector为容器,以 operator< 为比较方式,所以在只使用第一个参数时,优先队列默认是一个最大堆,每次输出的堆顶元素是此时堆中的最大元素。
2.用到最小堆,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最小堆(升序)
大顶堆与小顶堆
大顶堆(降序)
//构造一个空的优先队列(此优先队列默认为大顶堆)
priority_queue<int> big_heap;//另一种构建大顶堆的方法
priority_queue<int,vector<int>,less<int> > big_heap2;
小顶堆(升序)
//构造一个空的优先队列,此优先队列是一个小顶堆
priority_queue<int,vector<int>,greater<int> > small_heap;
注意事项
需要注意的是,如果使用less和greater,需要头文件:#include <functional>
我们通过使用push()函数插入元素,并且插入操作与普通队列相同。但是,当我们使用pop()函数从队列中删除元素时,优先级最高的元素将首先被删除。
优先队列的成员函数
函数 | 描述 |
---|---|
push() | 它将新元素插入优先队列。 |
pop() | 它将优先级最高的元素从队列中删除。 |
top() | 此函数用于寻址优先队列的最顶层元素。 |
size() | 返回优先队列的大小。 |
empty() | 它验证队列是否为空。基于验证,它返回队列的状态。 |
swap() | 它将优先队列的元素与具有相同类型和大小的另一个队列交换。 |
emplace() | 它在优先队列的顶部插入一个新元素。 |
具体用法:
假设type类型为int,则:
- bool empty() const 返回值为true,说明队列为空;
- int size() const 返回优先队列中元素的数量;
- void pop() 删除队列顶部的元素,也即根节点
- int top() 返回队列中的顶部元素,但不删除该元素;
- void push(int arg) 将元素arg插入到队列之中;
让我们创建一个简单的优先队列程序。
示例
#include <iostream>
#include<queue>
using namespace std;
int main()
{priority_queue<int> p; // 变量声明.p.push(10); // 插入 10 到队列, top=10p.push(30); // 插入 30 到队列, top=30p.push(20); // 插入 20 到队列, top=20cout<<"可用元素的数量 到 'p' :"<<p.size()<<endl;while(!p.empty()){cout << p.top() <<endl; p.pop();}return 0;
}
注意其中的priority_queue<int> p; // 变量声明,<>中只有第一个参数,所以是最大堆优先级
在上面的代码中,我们创建了一个优先队列,在其中插入三个元素,即10、30、20。在插入这些元素之后,我们使用while循环显示优先队列的所有元素。
输出结果
可用元素的数量 到 'p' :3
30
20
10
让我们看看优先队列的另一个示例。
示例
#include <iostream>
#include<queue>
using namespace std;
int main()
{priority_queue<int> p; //优先队列声明priority_queue<int> q; //优先队列声明p.push(1); // 插入 '1' 到 p.p.push(2); // 插入 '2' 到 p.p.push(3); // 插入 '3' 到 p.p.push(4); // 插入 '4' 到 p.q.push(5); // 插入 '5' 到 q.q.push(6); // 插入 '6' 到 q.q.push(7); // 插入 '7' 到 q.q.push(8); // 插入 '8' 到 q.p.swap(q);cout << "p队列元素是 : " <<endl;while(!p.empty()){cout << p.top() <<endl;p.pop();}cout << "q优先队列元素是 :" <<endl;while(!q.empty()){cout << q.top() <<endl;q.pop();}return 0;
}
在上面的代码中,我们声明了两个优先队列,即p和q。我们在“ p”优先队列中插入了四个元素,在“ q”优先队列中插入了四个元素。插入元素之后,我们使用swap()函数将'p'队列的元素与'q'队列交换。
输出结果
p优先队列元素是 : 8
7
6
5 q优先队列元素是 : 4
3
2
1
如果要按照最小堆优先级
priority_queue<Type, Container, Functional>
写入程序中就是priority_queue<int, vector<int>, greater<int> > q;
#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
int main(){priority_queue<int, vector<int>, greater<int> > q;for( int i= 0; i< 10; ++i ) {int temp;cin>>temp; q.push(temp);}while( !q.empty() ){cout << q.top() << endl;q.pop();} getchar();return 0;
}
参考资料:c++ 优先队列(priority_queue) - 基础教程在线
c++ 优先队列(priority_queue) - 基础教程在线
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