【C++进阶专栏】：priority_queue(优先级队列)？仿函数？

news2024/10/24 11:15:46

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文章目录

  • 前言
    • 1、优先级队列的使用？
    • 2、仿函数？
    • 3、优先级队列用仿函数实现大/小堆变换？

前言

priority_queue：优先级队列，别看有一个队列的名字，但结构个队列完全不一样。队列是一种先进先出的结构特征，然而这里的优先级队列，此结构是一种堆的结构，但是用vector形式存储数据的。以堆的结构来实现该优先级队列，可以在每次top堆顶元素的时候都是最大或最小的元素，可以应用于top_k问题，即返回一个大量数据中前K个较大的元素值。接下来就来了解了解优先级队列吧！

1、优先级队列的使用？

对优先级队列的插入、删除、判空等函数的使用。

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

//优先级的队列头文件就是queue
void test()
{
	priority_queue<int> pq;
	pq.push(10);
	pq.push(66);
	pq.push(1);
	pq.push(6);
	pq.push(12);
	pq.push(87);
	pq.push(45);
	pq.push(23);
	cout << "优先级队列的数据个数：" << pq.size() << endl;
	while (!pq.empty())
	{
		cout << pq.top() << " ";
		pq.pop();
	}
}

int main()
{
	test();
	return 0;
}

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输出结构就是从大到小的，因为默认是建立的大堆。
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传入的是less（仿函数），就是插入的数据小于父节点就上调的，从而建立大堆。然后依次top堆顶元素就是大的数据。

2、仿函数？

仿函数实质是一个类，是一个什么类呢？
是一种重载了函数调用运算符operator()的类或结构体，它可以使一个类的使用看上去像一个函数。仿函数可以接受参数并返回值，可以用于STL算法中的函数对象参数，也可以用于函数指针的替代。

仿函数的主要作用包括：
‌①提供一种灵活的方式来实现函数对象‌，可以根据实际需求定制自己的函数对象，比如排序、查找等算法。
‌②封装函数参数‌，使得算法可以接受不同类型的参数，增加算法的通用性。
③保存状态‌，在多次调用之间保持状态，避免每次调用时都需要重新计算。
‌④替代函数指针‌，因为函数指针只能指向全局函数或静态成员函数，而仿函数可以指向任意类型的函数，包括成员函数和非静态成员函数。

下面是一个仿函数的例子：

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;
	}
};

template<class T,class Compare>
void BubbleSort(vector<T>& v,Compare com)
{
	int i = 0, j = 0;
	for (i = 0; i < v.size(); i++)
	{
		int flag = 0;
		for (j = 1; j < v.size() - i; j++)
		{
			if (com(v[j], v[j - 1]))
			{
				swap(v[j-1],v[j]);
				flag = 1;
			}
		}
		if (flag == 0)
		{
			break;
		}
	}
}

int main()	
{
	vector<int> v;
	v.push_back(5);
	v.push_back(7);
	v.push_back(8);
	v.push_back(1);
	v.push_back(0);
	v.push_back(2);
	v.push_back(6);
	v.push_back(9);
	
	BubbleSort(v, Less<int>());//此处是匿名对象传参的，也可以先创建Less less;
	auto it1 = v.begin();
	while (it1 != v.end())
	{
		cout << *it1 << " ";
		++it1;
	}
	
	return 0;
}

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结果就是一个升序：
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3、优先级队列用仿函数实现大/小堆变换？

首先要知道优先级队列是使用vector容器存储数据，结构上是堆。默认是建大堆。

实现思路：
①插入函数：每当插入一个数据，就向上调整，保证每插入一个数据依然是大堆。
②删除函数：不是直接删除堆顶元素，而是先交换堆顶元素和末尾元素。然后直接删除最后一个数据，之后再做向下调整。
③返回top元素：由于是vector容器存储的数据，即直接返回下标为0的数据即可。
④求数据个数：直接调用size()函数
⑤判空：直接调用vector的empty()函数。

#pragma once

namespace zc
{
	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;
		}
	};

	//template<class T,class Container=std::vector<T>>
	template<class T, class Container = std::vector<T>,class Compare=Less<int>>
	class Prority_queue
	{
	private:
		//向上调整算法
		void AdjustUp(size_t child)
		{
			//先计算父节点
			size_t parent = (child - 1) / 2;
			//调整
			while (child > 0)
			{
				//判断，若孩子比父亲的值大，则交换
				//if (_con[child] > _con[parent])
				if (com(_con[parent],_con[child]))

				{
					std::swap(_con[child], _con[parent]);
					//重新找父节点
					child = parent;
					parent = (child - 1) / 2;
				}
				else
				{
					break;
				}
			}
		}
		
		//向下调整函数
		void AdjustDown(int parent)
		{
			//计算孩子，由于要找大的数据，因此假设左孩子数据更大
			int child = parent * 2 + 1;
			//然后调整，直到孩子节点大于或等于数据个数
			while (child < _con.size())
			{
				//判断和右孩子谁大
				//if (child+1<_con.size()&&_con[child] < _con[child + 1])
				if (child + 1 < _con.size() && com(_con[child] , _con[child + 1]))
				{
					child += 1;//变为右孩子的位置
				}

				//if (_con[parent] < _con[child])
				if (com(_con[parent] , _con[child]))
				{
					std::swap(_con[parent],_con[child]);
					//更新
					parent = child;
					child = parent * 2 + 1;
				}
				else
				{
					break;
				}
			}
		}

	public:
		//先写插入函数
		void push(const T&  x)
		{
			_con.push_back(x);
			//插入以后向上调整见大堆,从刚插入的位置开始调整
			AdjustUp(_con.size()-1);
		}

		//删除函数
		void pop()
		{
			//先交换堆顶元素和末尾的元素，再删除最后的一个元素
			std::swap(_con[0],_con[_con.size()-1]);
			_con.pop_back();
			//再向下调整
			AdjustDown(0);
		}

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

		//计算大小
		size_t size()const
		{
			return _con.size();
		}
		//判断是否为空
		bool empty()const
		{
			return _con.empty();
		}

	private:
		Container _con;
		Compare com;
	};
}


#include<iostream>
#include"PriorityQueue.h"

//自定义优先级队列
void test_06()
{
	//zc::Prority_queue<int> pq;
	//zc::Prority_queue<int> pq;//缺省值是vector<int>,Less<int>
	zc::Prority_queue<int,std::vector<int>,zc::Greater<int>> pq;
	pq.push(14);
	pq.push(20);
	pq.push(45);
	pq.push(3);
	pq.push(10);
	pq.push(66);
	pq.push(1);
	pq.push(0);
	std::cout << "自定义优先级队列数据个数：" << pq.size() << std::endl;
	while (!pq.empty())
	{
		std::cout << pq.top() << " ";
		pq.pop();
	}
}

int main()
{
	std::cout << "自定义的优先级队列：" << std::endl;
	test_06();
	std::cout << std::endl;

	return 0;
}

比较大于：即升序这里是引用
比较小于：降序
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