(转)【C++ STL】细数C++ STL 的那些事 -- priority_queue(优先队列)

装载自http://blog.csdn.net/tianshuai1111/article/details/7652553

一，概述

priority_queue是拥有权值观念的queue，它允许加入新元素，移除旧元素。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。但它是一个queue所以只允许在底端加入元素，在顶端移除元素。

排序：按照权值大小顺序排序，而不是按照push 进去的顺序排序。权值高者排在前面，权值低者排在后面。

允许以任何大小顺序插入到优先队列，但取出时是按照权值大小取。

二，heap（堆）简介

1）采用vector存储，是一颗完全二叉树（complete binary tree）的形式。

heap分为 max_heap 和 min_heap，前者最大权值在根，后者最小权值在根。

2）建立堆过程

vector中元素先调整为堆的形式。

插入元素时，将元素放到vector 的最后面end()，然后上溯调整堆。

3）heap算法      // #include <algorithm>

make_heap(first,last)       //初建堆

push_heap(first,last)        //插入元素，并调整为堆

pop_heap(first,last)         //弹出元素，并调整为堆

sort_heap(first,last)         //堆排序

4）示例

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

 using namespace std;

 int main(int argc, char** argv) {

     int ia[]={,,,,,,,,};
     vector<int> ivec(ia,ia+);

     make_heap(ivec.begin(),ivec.end()); //#include <algorithm>
     for(int i=;i<ivec.size();++i)
         cout<<ivec[i]<<" ";
     cout<<endl;

     ivec.push_back();
     push_heap(ivec.begin(),ivec.end());
     for(int i=;i<ivec.size();++i)
         cout<<ivec[i]<<" ";
     cout<<endl;

     pop_heap(ivec.begin(),ivec.end());
     cout<<ivec.back()<<endl; //返回刚刚弹出的堆顶
     ivec.pop_back();         //将最后一个元素弹出数组

     for(int i=;i<ivec.size();++i)
         cout<<ivec[i]<<" ";
     cout<<endl;

     sort_heap(ivec.begin(),ivec.end());
     for(int i=;i<ivec.size();++i)
         cout<<ivec[i]<<" ";
     cout<<endl;

     return ;
 }

三，priority_queue 实例

 #include <queue>
 #include <algorithm>
 #include <iostream>
 using namespace std;

 int main(int argc, char** argv) {

     int ia[]={,,,,,,,,};
     priority_queue<int>  ipq(ia,ia+);
     cout<<"size:"<<ipq.size()<<endl;

     for(int i=;i<ipq.size();++i)
         cout<<ipq.top()<<" ";
     cout<<endl;

     while(!ipq.empty())
     {
         cout<<ipq.top()<<" ";
         ipq.pop();
     }

     return ;
 }

2）自己实现priority_queue

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

 #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());//将动态数组vector中元素 建立成堆
         }
         void pop(){
             pop_heap( data.begin(), data.end() ); //弹出堆顶元素，并调整堆
             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(  );
     test.push(  );
     test.push(  );
     test.push(  );

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

     return ;

 }

3）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。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

 #include <iostream>
 #include <queue>
 #include <cstdlib>

 using namespace std;

 int main(){

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

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

     return ;
 }

4）对于自定义类型，则必须自己重载 operator< 或者自己写仿函数

 #include <iostream>
 #include <queue>
 #include <cstdlib>

 using namespace std;

 struct Node{
     int x, y;
     Node( int a= , int b=  ):x(a), y(b) {} //初始化
 };

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

 int main(){
     priority_queue<Node> q;

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

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

     return ;
 }

5）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:

 #include <iostream>
 #include <queue>

 using namespace std;

 struct Node{
     int x, y;
     Node( int a= , int b=  ):
         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= ; i< ; ++i )
     q.push( Node( rand(), rand() ) );

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

     getchar();
     return ;
 } 

要注意的是，如果重载cmp，return a > b的形式形成的堆堆顶为最小元素！！