C++優先隊列如何使用

這篇文章主要介紹了C++優先隊列如何使用的相關知識，內容詳細易懂，操作簡單快捷，具有一定借鑒價值，相信大家閱讀完這篇C++優先隊列如何使用文章都會有所收獲，下面我們一起來看看吧。

優先隊列的基本概念

在計算機科學中，優先隊列是一種抽象數據類型，它與隊列相似，但是每個元素都有一個相關的優先級。在優先隊列中，當我們執行插入操作時，我們將元素插入到隊列中，并根據其優先級對其進行排序。在刪除操作中，我們會刪除優先級最高的元素，并把隊列進行重新排序。優先隊列通常使用堆來實現。

C++中的優先隊列是一個容器適配器(container adapter)，它提供了一種在元素之間維護優先級的方法。使用C++優先隊列，你可以在隊列頭部添加新元素，并從隊列頭部移除元素。當添加元素時，它將根據元素的排序準則將其放置在適當的位置。

優先隊列的使用方法

在C++中，我們可以使用頭文件"queue"中的priority_queue來創建一個優先隊列。接下來是一個簡單的代碼示例，它說明了如何使用priority_queue創建一個整數類型的隊列。

#include <iostream>
#include <queue>

int main() {
    std::priority_queue<int> pq;

    pq.push(1);
    pq.push(2);
    pq.push(3);
    
    std::cout << "Queue Size : " << pq.size() << std::endl;
    std::cout << "Top Element: " << pq.top() << std::endl;

    while(!pq.empty()) {
        std::cout << pq.top() << std::endl;
        pq.pop();
    }
    return 0;
}

在上面的代碼中，我們首先包含頭文件"queue"，并使用std::priority_queue來創建一個整數類型的優先隊列。接下來，我們使用push()方法向隊列中添加元素。在添加元素后，我們可以使用size()方法來檢查隊列的大小。我們還可以使用top()方法獲取隊列的頂部元素。

在while循環中，我們使用top()方法檢查頂部元素，并使用pop()方法從隊列中刪除它。

優先隊列元素的排序規則

默認情況下，C++優先隊列使用std::less來確定哪個元素具有更高的優先級。這意味著優先隊列中的元素以升序排列。如果您想使用降序排列，您可以將std::greater用作參數。

接下來是一個降序排列的示例：

#include <iostream>
#include <queue>

int main() {
    std::priority_queue<int, std::vector<int>, std::greater<int>> pq;

    pq.push(3);
    pq.push(2);
    pq.push(1);
    
    std::cout << "Queue Size : " << pq.size() << std::endl;
    std::cout << "Top Element: " << pq.top() << std::endl;

    while(!pq.empty()) {
        std::cout << pq.top() << std::endl;
        pq.pop();
    }
    return 0;
}

在上述代碼中，我們向priority_queue的構造函數中添加了第三個參數std::greater。這表示我們正在使用降序排列。

元素的自定義排序

有時，您可能需要使用自定義排序規則將元素插入到C++優先隊列中。在這種情況下，您可以使用lambda表達式或者實現一個二元謂詞(類似于比較函數)。

接下來是一個使用lambda表達式進行排序的示例：

#include <iostream>
#include <queue>

struct custom_struct {
    int priority;
    std::string message;

    custom_struct(int priority_, std::string message_) : priority(priority_), message(message_) {}
};

int main() {
    auto comp = [](custom_struct a, custom_struct b) {return a.priority > b.priority;};
    std::priority_queue<custom_struct, std::vector<custom_struct>, decltype(comp)> pq(comp);

    pq.push(custom_struct(1, "Hello"));
    pq.push(custom_struct(2, "World"));
    pq.push(custom_struct(3, "Priority"));
    
    std::cout << "Queue Size : " << pq.size() << std::endl;
    std::cout << "Top Element: " << pq.top().message << std::endl;

    while(!pq.empty()) {
        std::cout << pq.top().message << std::endl;
        pq.pop();
    }
    return 0;
}

在上述代碼中，我們首先定義一個名為custom_struct的自定義結構體。接下來，我們使用lambda表達式定義了一個比較二元謂詞。第三個參數是我們自定義的二元謂詞。最后，我們創建了一個custom_struct類型的優先隊列，并在其構造函數中使用comp參數，這將使用我們剛剛定義的比較謂詞對元素進行排序。

優先隊列的時間復雜度

C++優先隊列是使用堆來實現的。插入和刪除元素的時間復雜度為O(log(n))，其中n是隊列中的元素數。獲取隊列頂部元素的時間復雜度為O(1)。由于我們使用的是標準容器庫，所以這些時間復雜度是可以保證的。

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