STL priority_queue 常见用法详解

《算法笔记》学习笔记

priority_queue 常见用法详解

//priority_queue又称优先队列，其底层时用堆来实现的。
//在优先队列中，队首元素一定是当前队列中优先级最高的那一个。
桃子(优先级 3)
梨子(优先级 4)
苹果(优先级 1)
//那么出队顺序是：梨子(4) -> 桃子(3) -> 苹果(1)
//可以在任何时候往优先队列里面加入(push)元素，而优先队列底层的数据结构对(heap)
//会随时调整结构，使得每次的队首元素都是优先级最大的

1. priority_queue 的定义

//定义
priority_queue< typename > name;

2. priority_queue容器内元素访问

//只能通过top()函数来访问队首元素（也称堆顶元素)，也就是优先级最高的元素
#include <stdio.h>
#include <queue>
using namespace std;
int main() {
    priority_queue<int> q;
    q.push(3);
    q.push(4);
    q.push(1);
    printf("%d\n", q.top());
    return 0;

}

3. priority_queue常用函数实例解析

(1) push()

//push(x)将令x入队，时间复杂度为O(logN),其中N为当前优先队列中的元素个数。

(2) top()

//top()可以获得队首元素，时间复杂度为O(1)
//使用top()函数之前，必须用empty()判断优先队列是否为空

(3) pop()

//pop()令队首元素出队，时间复杂度为O（logN)，其中N为当前优先队列中的元素个数
#include <stdio.h>
#include <queue>
using namespace std;
int main() {
    priority_queue<int> q;
    q.push(3);
    q.push(4);
    q.push(5);
    q.push(1);
    printf("%d\n", q.top());
    q.pop();
    printf("%d\n", q.top());
    return 0;
}

(4) empty()

//empty()检测优先队列是否为空，返回true则空，返回false则非空。时间复杂度为O(1)
#include <stdio.h>
#include <queue>
using namespace std;
int main() {
    priority_queue<int> q;
    if(q.empty() == true) { //一开始优先队列内没有元素，所以是空
        printf("Empty\n");
    } else {
        printf("Not Empty\n");
    }
    q.push(1);
    if(q.empty() == true) { //在加入"1"后，优先队列非空
        printf("Empty\n");
    } else {
        printf("Not Empty\n");
    }
    return 0;
}

(5) size()

//size()返回优先队列内元素的个数，时间复杂度为O(1)
#include <stdio.h>
#include <queue>
using namespace std;
int main() {
    priority_queue std;
    q.push(3);
    q.push(4);
    q.push(1);
    printf("%d\n", q.size());   //优先队列中有三个元素
    return 0;
}

4.priority_queue内元素优先级的设置

(1) 基本数据类型的优先级设置

//基本数据类型就是int型, double型， char型等可以直接使用的数据类型
//优先队列对他们的优先级设置一般是数字大的优先级越高
//因此队首元素就是优先队列内元素最大的那个（如果是char型,则是字典序最大的）
//下面两种优先队列的定义是等价的（以int型为例，注意最后两个>之间有一个空格）：
priority_queue<int> q;
priority_queue<int, vector<int>, less<int>> q;
//第二种定义方式的尖括号内多出两个参数：vector<int>, less<int>
//其中vector<int>填写的是来承载底层数据结构堆(heap)的容器
//如果第一个参数是double型或char型，则此处只需要填写vector<double>或vector<char
//第三个参数less<int>则是对第一个参数的比较类。
//less<int>表示数字大的优先级越大，而greater<int>表示数字小优先级越大

//优先队列总数把最小的元素放在队首，定义
priority_queue<int, vector<int>, greater<int>>q;

//示例
#include <stdio.h>
#include <queue>
using namespace std;
int main() {
    priority_queue<int, vector<int>, greater<int>> q;
    q.push(3);
    q.push(4);
    q.push(1);
    printf("%d\n", q.top());
    return 0;
}

(2) 结构体的优先级设置

//对水果的名称和价格建立结构体
struct fruit {
    string name;
    int price;
};

//现在希望水果的价格高的为优先级高，就需要重载(overload)小于"<"。
//重载是指对已有的运算符进行重新定义，也就是说，可以改变小于号的功能。
struct fruit {
    string name;
    int price;
    friend bool oprator < (fruit f1, fruit f2) {
        return f1.price < f2.price;
    }
};
//fruit结构体种增加了一个函数，其中"friend"为友元。

//想要以价格低的水果为优先级高，只需要把return中的小于号改为大于号即可。
struct fruit {
    string name;
    int price;
    friend bool operator < (fruit f1, fruit f2) {
        return f1.price > f2.price;
    }
};

//示例：
#include <iostream>
#include <string>
#include <queuen>
using namespace std;
struct fruit {
    string name;
    int price;
    friend bool operator < (fruit f1, fruit f2) {
        return f1.price > f2.price;
    }
}f1, f2, f3;
int main() {
    priority_queue<fruit> q;
    f1.name = "桃子";
    f1.price = 3;
    f2.name = "梨子";
    f2.price = 4;
    f3.name = "苹果";
    f3.price = 1;
    q.push(f1);
    q.push(f2);
    q.push(f3);
    cout << q.top().name << " " << q.top().price << endl;
    return 0;
}
//优先队列的这个函数与sort中的cmp函数的效果是相反的

//上面的函数有没有办法同sort中的cmp函数那样卸载结构体外面
//方法：把friend去掉，把小于号改成一对小括号，然后把重载的函数写在结构体外面
//同时将其用struct包装起来
struct cmp {
    bool operator () (fruit f1,fruit f2) {
        return f1.price > f2.price;
    }
}
//这种情况需要使用第二种定义方法来定义优先队列
priority_queue<fruit, vector<fruit>, cmp> q;
//把greater<>部分换成cmp
#include <iostream>
#include <string>
#include <queue>
using namespace std;
struct fruit {
    string name;
    int price;
} f1, f2, f3;
struct cmp {
    bool operator () (fruit f1, fruit f2) {
        return f1.price > f2.price;
    }
};
int main() {
    prority_queue<fruit, vector<fruit>, cmp> q;
    f1.name = "桃子";
    f1.price = 3;
    f2.name = "梨子";
    f2.price = 4;
    f3.name = "苹果";
    f3.price = 1;
    q.push(f1);
    q.push(f2);
    q.push(f3);
    cout << q.top().name << " " << q.top().price << endl;
    return 0;
}
//即使是基本数据类型或者其他STL容器(例如set),也可以通过同样的方式来定义优先级

//建议使用引用来提高效率，在比较类的参数种需要加上"const" 和"&"
friend bool operator < (const fruit &f1, const fruit &f2) {
    return f1.price > f2.price;
}
bool operator () (const fruit &f1, const fruit &f2) {
    return f1.price > f2.price;
}

5. priority_queueu的常见用途

• 可以解决一些贪心问题
• 也可以对Dijkstra算法进行优化（因为优先队列的本质是堆）