优先级队列【C++】

文章目录

  • priority_queue
  • priority_queue 使用
  • priority_queue的模拟实现
    • 向上调整算法
    • 向下调整算法
    • push
    • pop
    • top
    • size
    • empty
  • 仿函数
  • 完整代码

priority_queue

优先队列(priority_queue)也是队列的一种,priority_queue的接口是和queue的接口是相同的。所以两者的使用语法也是相同的。我们直接看优先队列(priority——queue)的底层实现原理。

默认情况下priority_queue是大堆。

priority_queue 使用

//用vector作为底层容器,内部构造大堆结构。
priority_queue<int, vector<int>, less<int>> q1;
//用vector作为底层容器,内部构造小堆结构。
priority_queue<int, vector<int>, greater<int>> q2;
//不指定底层容器和内部需要构造的堆结构。
priority_queue<int> q3;
#include 
#include 
#include 
using namespace std;
int main()
{
	priority_queue<int> q;
	q.push(3);
	q.push(6);
	q.push(0);
	q.push(2);
	q.push(9);
	q.push(8);
	q.push(1);
	while (!q.empty())
	{
		cout << q.top() << " ";
		q.pop();
	}
	cout << endl; //9 8 6 3 2 1 0
	return 0;
}

priority_queue的模拟实现

priority_queue的底层实际上就是堆,模拟实现priority_queue之前,需要知道向下调整和向上调整算法。(下面这两种算法我们均以大堆为例)

向上调整算法

向上调整算法的前提:
若想将其调整为小堆,那么根结点的左右子树必须都为小堆。
 若想将其调整为大堆,那么根结点的左右子树必须都为大堆

向堆中插入数据需要使用到向上调整算法
先将元素插入到堆的末尾,即最后一个孩子之后,从插入节点位置开始和父节点比较,(我们以大堆为例),如果目标结点的值比父结点的值大,则交换目标结点与其父结点的位置,并将原目标节点的父节点当作新的目标节点,继续向上调整,调整到根节点结束,此时该树已经是大堆了

图中是以小堆为例:
优先级队列【C++】_第1张图片

向下调整算法

向下调整算法的前提:
若想将其调整为小堆,那么根结点的左右子树必须都为小堆。
 若想将其调整为大堆,那么根结点的左右子树必须都为大堆

从根节点开始,选出左右孩子值较大的节点,让值较大的节点与父节点的值进行比较,如果值较大的节点比父节点的值小,交换两者位置,将原来值较大的孩子节点作为父节点,继续向下调整,调整到叶子节点结束

图中是以小堆为例:
优先级队列【C++】_第2张图片

push

	void push(const T & x)
		{
			_con.push_back(x);
			AdjustUp(_con.size() - 1);
		}

pop

	void pop()
		{
			swap(_con[0], _con[_con.size() - 1]);
			_con.pop_back();
			AdjustDown(0);
		}

top

const T& top()
		{
			return _con[0];
		}

size

bool size()
		{
			return _con.size();
		}	

empty

bool empty()
		{
			return _con.empty();
		}

仿函数

using namespace std;
//仿函数 /函数对象
template <class T>
class Less
{
public:
	bool operator() (const T& x, const T& y)
	{
		return x < y;
	}
};

int main()
{
	Less<int>  lessfunc;
	bool result = lessfunc(6, 2);//仿函数
	//bool result = lessfunc.operator()(6, 2);
	cout <<boolalpha <<result << endl;
	return 0;
}

完整代码

#pragma once 
#include
#include
using namespace std;

//仿函数 /函数对象
template <class T>
class Less
{
public:
	bool operator() (const T& x, const T& y)
	{
		return x < y;
	}
};
template <class T>
class Greater
{
public:
	bool operator() (const T& x, const T& y)
	{
		return x > y;
	}
};

namespace cxq
{
	template<class T, class Container = vector<T>, class Compare = Less<T> >
	class priority_queue
	{
	private:
		void AdjustDown(int parent)//从根节点开始
		{
			Compare com;//仿函数
			int child = parent * 2 + 1;
			while (child < _con.size())
			{
				//假设默认左孩子大于右孩子
			   // if (child + 1 < _con.size() && _con[child + 1] > _con[child])//右孩子要存在,防止越界
				if (child + 1 < _con.size() && com(_con[child + 1], _con[child]))
				{
					child++;
				}
				//if (_con[child] > _con[parent])
				if (com(_con[parent], _con[child]))
				{
					swap(_con[child], _con[parent]);
					int  parent = child;
					child = parent * 2 + 1;
				}
				else
				{
					break;
				}
			}

		}
		void AdjustUp(int child)
		{
			Compare com;//仿函数
			int parent = (child - 1) / 2;
			//大堆

			while (child > 0)
			{
				//if (_con[child] > _con[parent])
				if (com(_con[parent], _con[child]))
				{
					swap(_con[child], _con[parent]);
					int child = parent;
					parent = (child - 1) / 2;
				}
				else
				{
					break;
				}
			}
		}
	public:
		//默认构造
		priority_queue()
		{}
		template<class InputIterator>
		//构造函数
		priority_queue(InputIterator first, InputIterator last)
		{
			while (first != last)
			{
				_con.push_back(*first);
				first++;
			}
			//建堆
			//最后一个非叶子节点
			for (size_t i = (_con.size() - 1 - 1) / 2; i >= 0; i++)
			{
				AdjustDown(i);
			}
		}
		void pop()
		{
			swap(_con[0], _con[_con.size() - 1]);
			_con.pop_back();
			AdjustDown(0);
		}
		void push(const T& x)
		{
			_con.push_back(x);
			AdjustUp(_con.size() - 1);
		}
		const T& top()
		{
			return _con[0];
		}
		bool empty()
		{
			return _con.empty();
		}
		bool size()
		{
			return _con.size();
		}
	private:
		Container _con;

	};
	void test_priority_queue1()
	{
		//默认是大堆--less
		//priority_queue pq;
		priority_queue<int, vector<int>, Greater<int> > pq;//小堆
		pq.push(3);
		pq.push(5);
		pq.push(1);
		pq.push(4);
		while (!pq.empty())
		{
			cout << pq.top() << " ";
			pq.pop();
		}
		cout << endl;
	}
	class Date
	{
	public:
		Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
			: _year(year)
			, _month(month)
			, _day(day)
		{}

		bool operator<(const Date& d)const
		{
			return (_year < d._year) ||
				(_year == d._year && _month < d._month) ||
				(_year == d._year && _month == d._month && _day < d._day);
		}

		bool operator>(const Date& d)const
		{
			return (_year > d._year) ||
				(_year == d._year && _month > d._month) ||
				(_year == d._year && _month == d._month && _day > d._day);
		}

		friend ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d);//声明
	private:
		int _year;
		int _month;
		int _day;
	};
	
	ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d)
	{
		_cout << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day;
		return _cout;
	}
	struct  LessPDate
	{
		//仿函数
		bool operator() ( const Date * p1 , const Date* p2)
		{
			return *p1 < *p2;
		}
	};
	void test_priority_queue2()
	{
		//priority_queue pq;
		//pq.push(Date(2023, 7, 20));
		//pq.push(Date(2023, 6, 20));
		//pq.push(Date(2023, 8, 20));
		//while (!pq.empty())
		//{
		//	cout << pq.top() << " ";
		//	pq.pop();
		//}
		//cout << endl;
		priority_queue<Date*, vector<Date*>, LessPDate> pq;
		pq.push(new Date(2023, 7, 20));
		pq.push(new Date(2023, 6, 20));
		pq.push(new Date(2023, 8, 20));
		while (!pq.empty())
		{
			cout << *pq.top() << " ";
			pq.pop();
		}
		cout << endl;
	}
	
}

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