Priority_Queue 的使用和模拟

news2024/11/16 3:49:57
目录
一·基本的介绍

优先队列是一种容器适配器;他的第一个元素总是他包含所有元素里面最大的一个

他的底层容器可以是任何标准容器类模板,也可以是其他特定设计的容器类。
这个底层容器应该可以通过随机访问迭 代器,并支持以下操作:
empty():检测容器是否为空
size():返回容器中有效元素个数
front():返回容器中第一个元素的引用
push_back():在容器尾部插入元素
pop_back():删除容器尾部元素

优先队列里面的“优先”指的是:进行容器遍历访问 的时候优先访问顶部的元素

二. 常用接口的介绍 
1.构造函数

2. void push(const T&val ) 

3. void pop()

 4. const T& top( )

 

 接口的简单使用:

 通过对成员接口的了解,我们可以推测优先队列的底层结构可能是一个

三· 模拟实现
1.仿函数

第一个参数用到的就是仿函数。

仿函数是对 opertaor() 的一个重载

2.仿函数使用
2.1  指定进行降序的输出
2.2 指定进行升序的输出 

2.3 仿函数的调用 

分析:

Less <Date> l2,编译器进行实例化的时候,模板参数T 实例化为 Date 类型,从而生成一份

bool operator() (Date left,Date right)的函数,只不过使用模板,咱们程序员省了此步骤。 

3.priority_queue 类的模拟

一般默认Container 的类型是  vector<T>

为什么默认使用 vector 作为优先队列的底层容器?而不用list这个容器

1) 优先队列支持快速的访问此队列里面的最大或者最小元素;因此底层通常借助堆这一结构实

现,堆是一个特殊的完全二叉树

2)vector 提供了动态大小数组的功能,内部是一段连续的内存,因此在访问元素的时候,大大提

高了效率

3)list 相比较vector 而言,内存是不连续的,在进行元素访问的时候,需要对指针进行一系列操

作,因此效率不如vector

4 push() 模拟

因为需要随时保证访问的第一个元素是最大的或是最小的,这里需模拟建大堆和建小堆的一系列操

有关对堆进行上调和下调的相关细节的实现,可以康康下面博客

 建堆的相关调整

4.1 上调算法
  void adjust_up(int child) //从孩子节点开始
        {
            Compare com;
            int parent = (child - 1 ) / 2;//默认根节点下标从0开始
            while (child > 0)
            {
                if (_c[parent] < _c[child]) //对象直接比较
                //if(com(_c[parent] , _c[child]))  // _com(_c[parent] , _c[child] 相当于回调仿函数模板,可以把_com 想象成函数指针,仿函数模板:替代函数指针
                {
                    std::swap(_c[parent], _c[child]);
                    child = parent;
                    parent = (child - 1) / 2;
                }
                else
                    break;
            }
        }
4.2 push ()实现
  void push(const T& x)
        {
            _c.push_back(x);
            // 上调:建大堆
            adjust_up(_c.size()-1);//需要把插入当前数据所在的位置传过去
        }
5.pop()模拟
5.1 下调算法
        void adjust_down(int parent) //向下调整从父节点开始
        {
            Compare com;
            int child = 2 * parent + 1;
            while ((size_t)child < (_c.size() ))
            {
                if ((size_t)child + 1 < (_c.size() ) 
                    && _c[child + 1] > _c[child]) // _c[child + 1] > _c[child] 这里直接就是对象的大小比较,可以使用仿函数进行大小比较
              

                    child++;//更新为最大的孩子节点
                //if (_c[child] > _c[parent] )
                if (com( _c[parent], _c[child]) ) //使用仿函数模板
                {
                    std::swap(_c[child], _c[parent]);
                    parent = child;
                    child = 2 * parent + 1;
                }
                else

                    break;
                
            }
       }
5.2 pop()实现
        void pop() 
        {
            //堆的删除:堆顶与堆尾交换在进行大堆的调整
            std::swap(_c[0], _c[_c.size() - 1]);
            _c.pop_back();

            adjust_down(0);
        }
6. top()模拟
        T& top()
        {
            return _c[0];
        }
7.size()

8. empty()

9. 完整代码实现 
#pragma once
#include<vector>
namespace y
{
    //仿函数模板
    //就是对 () 进行重载
   
	template<class T, class Container = vector<T>,class Compare = Less<T>>  //注意:Compare 只是一个模板类型,实例化的时候,会变成指定类型
	class priority_queue
	{
    public:

        priority_queue()
        {}

        template <class InputIterator>

        priority_queue(InputIterator first, InputIterator last)
            :_c(first,last)
        {
            //建议使用下调时间复杂度 O(N)
            //必须是有序,所有一开始传i = (_c.size() - 1 -1)/2 对应最后一个父节点
            for (int i = (_c.size() - 1 -1)/2; i >= 0; --i)
            {
                adjust_down(i);
            }
        }

        bool empty() const
        {
            return _c.empty();
        }

        size_t size() const
        {
            return _c.size();
        }
        void adjust_down(int parent) //向下调整从父节点开始
        {
            Compare com;
            int child = 2 * parent + 1;
            while ((size_t)child < (_c.size() ))
            {
                if ((size_t)child + 1 < (_c.size() ) 
                    //&& _c[child + 1] > _c[child]) // _c[child + 1] > _c[child] 这里直接就是对象的大小比较,可以使用仿函数进行大小比较
                    && com(_c[child], _c[child+1]))// 建大堆

                    child++;//更新为最大的孩子节点
                //if (_c[child] > _c[parent] )
                if (com( _c[parent], _c[child]) ) //使用仿函数模板
                {
                    std::swap(_c[child], _c[parent]);
                    parent = child;
                    child = 2 * parent + 1;
                }
                else

                    break;
                
            }
       }
        void adjust_up(int child) //从孩子节点开始
        {
            Compare com;
            int parent = (child - 1 ) / 2;//默认根节点下标从0开始
            while (child > 0)
            {
                //if (_c[parent] < _c[child]) //对象直接比较
                if(com(_c[parent] , _c[child]))  // _com(_c[parent] , _c[child] 相当于回调仿函数模板,可以把_com 想象成函数指针,仿函数模板:替代函数指针
                {
                    std::swap(_c[parent], _c[child]);
                    child = parent;
                    parent = (child - 1) / 2;
                }
                else
                    break;
            }
        }
        void pop() 
        {
            //堆的删除:堆顶与堆尾交换在进行大堆的调整
            std::swap(_c[0], _c[_c.size() - 1]);
            _c.pop_back();

            adjust_down(0);
        }

        void push(const T& x)
        {
            _c.push_back(x);
            // 上调:建大堆
            adjust_up(_c.size()-1);//需要把插入当前数据所在的位置传过去
        }

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

    private:

        Container _c;//表示底层的容器

        //Compare _com;//类似于函数指针
	};
}

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