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  • 实现一个优先级队列,每次pop 返回优先级最高的元素

    demo1

    实现一个按优先级排序的队列, 并且在这个队列上面每次 pop 操作总是返回优先级最高的那个元素

    import heapq
    class PriorityQueue:
        def __init__(self):
            self._queue = []
            self._index = 0
    
        def push(self, item, priority):
            heapq.heappush(self._queue, (-priority, self._index, item))
            self._index += 1
    
        def pop(self):
            return heapq.heappop(self._queue)[-1]
    
    x=PriorityQueue()
    x.push(2,1)
    print(x.pop())

    输出:

    2

    使用:

    >>> class Item:
    ...     def __init__(self, name):
    ...         self.name = name
    ...     def __repr__(self):
    ...         return 'Item({!r})'.format(self.name)
    ...
    >>> q = PriorityQueue()
    >>> q.push(Item('foo'), 1)
    >>> q.push(Item('bar'), 5)
    >>> q.push(Item('spam'), 4)
    >>> q.push(Item('grok'), 1)
    >>> q.pop()
    Item('bar')
    >>> q.pop()
    Item('spam')
    >>> q.pop()
    Item('foo')
    >>> q.pop()
    Item('grok')
    >>>

    仔细观察可以发现,第一个 pop() 操作返回优先级最高的元素。 另外注意到如果两个有着相同优先级的元素( foo 和 grok ),pop 操作按照它们被插入到队列的顺序返回的.

     函数 heapq.heappush() 和 heapq.heappop() 分别在队列 _queue 上插入和删除第一个元素, 并且队列 _queue 保证第一个元素拥有最高优先级( 1.4 节已经讨论过这个问题)。 heappop() 函数总是返回”最小的”的元素,这就是保证队列pop操作返回正确元素的关键。 另外,由于 push 和 pop 操作时间复杂度为 O(log N),其中 N 是堆的大小,因此就算是 N 很大的时候它们运行速度也依旧很快。

    在上面代码中,队列包含了一个 (-priority, index, item) 的元组。 优先级为负数的目的是使得元素按照优先级从高到低排序。 这个跟普通的按优先级从低到高排序的堆排序恰巧相反。

    index 变量的作用是保证同等优先级元素的正确排序。 通过保存一个不断增加的 index 下标变量,可以确保元素按照它们插入的顺序排序。 而且, index 变量也在相同优先级元素比较的时候起到重要作用。

    为了阐明这些,先假定 Item 实例是不支持排序的:

    >>> a = Item('foo')
    >>> b = Item('bar')
    >>> a < b
    Traceback (most recent call last):
    File "<stdin>", line 1, in <module>
    TypeError: unorderable types: Item() < Item()
    >>>

    如果你使用元组 (priority, item) ,只要两个元素的优先级不同就能比较。 但是如果两个元素优先级一样的话,那么比较操作就会跟之前一样出错:

    >>> a = (1, Item('foo'))
    >>> b = (5, Item('bar'))
    >>> a < b
    True
    >>> c = (1, Item('grok'))
    >>> a < c
    Traceback (most recent call last):
    File "<stdin>", line 1, in <module>
    TypeError: unorderable types: Item() < Item()
    >>>

    通过引入另外的 index 变量组成三元组 (priority, index, item) ,就能很好的避免上面的错误, 因为不可能有两个元素有相同的 index 值。Python 在做元组比较时候,如果前面的比较已经可以确定结果了, 后面的比较操作就不会发生了:

    class Item:
            def __init__(self, name):
                    self.name = name
            def __repr__(self):
                    return 'Item({!r})'.format(self.name)
    
    a = (1, 0, Item('foo'))
    b = (5, 1, Item('bar'))
    c = (1, 2, Item('grok'))
    print(a>b)
    print(a<c)

     输出

    False
    True

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