(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[9]={0,1,2,3,4,5,6,7,8};
    vector<int> ivec(ia,ia+9);
    
    make_heap(ivec.begin(),ivec.end()); //#include <algorithm>
    for(int i=0;i<ivec.size();++i)
        cout<<ivec[i]<<" ";
    cout<<endl;
    
    ivec.push_back(7);
    push_heap(ivec.begin(),ivec.end());
    for(int i=0;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=0;i<ivec.size();++i)
        cout<<ivec[i]<<" ";
    cout<<endl;
    
    sort_heap(ivec.begin(),ivec.end());
    for(int i=0;i<ivec.size();++i)
        cout<<ivec[i]<<" ";
    cout<<endl;
    
    return 0;
}

三，priority_queue 实例

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


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

    int ia[9]={1,2,4,3,6,5,9,8,7};
    priority_queue<int>  ipq(ia,ia+9);
    cout<<"size:"<<ipq.size()<<endl;
    
    for(int i=0;i<ipq.size();++i)
        cout<<ipq.top()<<" ";
    cout<<endl;
    
    while(!ipq.empty())
    {
        cout<<ipq.top()<<" ";
        ipq.pop();
    }
    
    return 0;
}

 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( 3 );
    test.push( 5 );
    test.push( 2 );
    test.push( 4 );
     
    while( !test.empty() ){
        cout << test.top() << endl;
        test.pop(); }
         
    return 0;
 
}

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= 0; i< 10; ++i ) q.push( rand() );
    while( !q.empty() ){
        cout << q.top() << endl;
        q.pop();
    }
     
    return 0;
}

   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= 0, int b= 0 ):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= 0; i< 10; ++i )
    q.push( Node( rand(), rand() ) );
     
    while( !q.empty() ){
        cout << q.top().x << ' ' << q.top().y << endl;
        q.pop();
    }
     
    return 0;
}

   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= 0, int b= 0 ):
        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= 0; i< 10; ++i )
    q.push( Node( rand(), rand() ) );
     
    while( !q.empty() ){
        cout << q.top().x << ' ' << q.top().y << endl;
        q.pop();
    }
     
    getchar();
    return 0;
} 

 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！！