C++ STL priority_queue優先隊列的使用方法

一、基本概念

priority_queue是優先隊列，就像普通隊列一樣，只是隊列中的第一個元素是隊列中所有元素中最大的，算是C ++中的堆的一種實現，priority_queue默認是最大堆。元素可以任意的順序插入，插入的時間複雜度爲O(logn)。

創建int類型的優先級隊列的語法：

priority_queue <int> pq;

二、成員方法

• push函數：在priority_queue中插入一個元素，時間複雜度爲O(logn)。
• pop函數：從priority_queue中刪除最上面的元素（最大元素），並將優先級隊列的大小減小1。
• top函數：返回在priority_queue頂部的元素，該元素是隊列中存在的最大元素。
• size函數：返回priority_queue的元素個數。
• empty函數：返回true和false，如果priority_queue爲空，則返回true，否則返回false。
• swap函數：交換兩個priority_queue的值。

#include <iostream> 
#include <queue> 

using namespace std;

void showpq(priority_queue <int> pq)
{
	while (!pq.empty())
	{
		cout << ' ' << pq.top();
		pq.pop();
	}
	cout << '\n';
}

int main()
{
	priority_queue <int> pq1;
	pq1.push(10); // inserts 10 to pq1 , now top = 10
	pq1.push(30); // inserts 30 to pq1 , now top = 30
	pq1.push(20); // inserts 20 to pq1 , now top = 30
	pq1.push(50); // inserts 50 to pq1 , now top = 50
	pq1.push(90); // inserts 90 to pq1 , now top = 90

	cout << "The priority_queue pq1 is:";
	showpq(pq1);

	cout << "\npq1.size():" << pq1.size();
	cout << "\npq1.top():" << pq1.top();


	cout << "\npq1.pop()\n";
	pq1.pop(); // remove 90 to pq1 , now top = 50
	cout << "The priority_queue pq1 is:";
	showpq(pq1);

	priority_queue <int> pq2;
	pq2.push(3);
	pq2.push(5);
	pq2.push(7);
	pq2.push(9);
	cout << "The priority_queue pq2 is:";
	showpq(pq2);

	pq1.swap(pq2);
	cout << "after swap:" << endl;
	cout << "The priority_queue pq1 is:";
	showpq(pq1);
	cout << "The priority_queue pq2 is:";
	showpq(pq2);

	system("pause");
	return 0;
}

運行結果：

The priority_queue pq1 is: 90 50 30 20 10

pq1.size():5
pq1.top():90
pq1.pop()
The priority_queue pq1 is: 50 30 20 10
The priority_queue pq2 is: 9 7 5 3
after swap:
The priority_queue pq1 is: 9 7 5 3
The priority_queue pq2 is: 50 30 20 10
請按任意鍵繼續. . .

三、如何創建最小堆？

語法：

priority_queue<int, vector<int>, greater<int> > pq;

其中，greater是STL內建的關係運算類函數對象（也就是仿函數），並且是一個二元運算符。

template<class T> bool greater<T> //大於

#include <iostream>
#include <queue>

using namespace std;

template<typename T> void print_queue(T& q) {
	while (!q.empty()) {
		cout << q.top() << " ";
		q.pop();
	}
	cout << '\n';
}
void showpq(priority_queue <int> pq)
{
	while (!pq.empty())
	{
		cout << ' ' << pq.top();
		pq.pop();
	}
	cout << '\n';
}
int main() {
	priority_queue<int> pq1; // 最大堆

	for (int n : {1, 8, 5, 6, 3, 4, 0, 9, 7, 2})
		pq1.push(n);

	print_queue(pq1);

	priority_queue<int, vector<int>, greater<int> > pq2; // 最小堆

	for (int n : {1, 8, 5, 6, 3, 4, 0, 9, 7, 2})
		pq2.push(n);

	print_queue(pq2);

	system("pause");
	return 0;
}

運行結果：

9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
請按任意鍵繼續. . .

四、自定義數據類型的優先隊列用法

前面都是用的int類型的優先隊列，如果是自定義數據類型，比如結構體和類，那麼怎麼使用優先隊列呢？

有一個Person結構體，含有兩個變量Age和Height，定義如下：

struct Person{ 
    int Age; 
    float Height; 
} 

在定義優先隊列的時候，priority_queue<Person> pq;，程序並不知道該如何對Person這種數據類型排序，就會報錯。這時就需要運算符重載或者寫仿函數來定義優先級，使得優先隊列知道如何存儲數據。對於自定義Person類型。

• 運算符重載的方式

#include <iostream> 
#include <queue> 
using namespace std;
#define ROW 5 
#define COL 2 

struct Person {
	int age;
	float height;

	// 初始化結構體變量
	Person(int age, float height)
		: age(age), height(height)
	{
	}
};
// 重載 operator<
bool operator<(const Person& p1, const Person& p2) {
	return p1.height < p2.height;
}

int main()
{
	priority_queue<Person> pq;

	float arr[ROW][COL] = { { 30, 5.5 }, { 25, 5 },
					{ 20, 6 }, { 33, 6.1 }, { 23, 5.6 } };

	for (int i = 0; i < ROW; ++i) {
		// 使用Person的構造函數生成的臨時變量，壓到優先隊列pq中
		pq.push(Person(arr[i][0], arr[i][1]));
	}

	while (!pq.empty()) {
		Person p = pq.top();
		pq.pop();
		cout << p.age << " " << p.height << "\n";
	}
	system("pause");
	return 0;
}

• 仿函數的方式

#include <iostream> 
#include <queue> 
using namespace std;
#define ROW 5 
#define COL 2 

struct Person {
	int age;
	float height;

	// 初始化結構體變量
	Person(int age, float height)
		: age(age), height(height)
	{
	}
};

// 仿函數，裏面實現了Person類型的()運算符重載函數
struct CompareHeight {
	bool operator()(Person const& p1, Person const& p2)
	{
		return p1.height < p2.height; // 升序
	}
};

int main()
{
	priority_queue<Person, vector<Person>, CompareHeight> pq;
 
	float arr[ROW][COL] = { { 30, 5.5 }, { 25, 5 },
					{ 20, 6 }, { 33, 6.1 }, { 23, 5.6 } };

	for (int i = 0; i < ROW; ++i) {
		// 使用Person的構造函數生成的臨時變量，壓到優先隊列pq中
		pq.push(Person(arr[i][0], arr[i][1]));
	}

	while (!pq.empty()) {
		Person p = pq.top();
		pq.pop();
		cout << p.age << " " << p.height << "\n";
	}
	system("pause");
	return 0;
}

運行結果：

33 6.1
20 6
23 5.6
30 5.5
25 5
請按任意鍵繼續. . .

五、參考文章

https://www.geeksforgeeks.org/priority-queue-in-cpp-stl/

https://en.cppreference.com/w/cpp/container/priority_queue

https://www.geeksforgeeks.org/stl-priority-queue-for-structure-or-class/