[LeetCode刷題筆記] C++ priority_queue常用操作

在[1]對常用的STL容器進行了概覽，筆者在刷題過程中經常需要查詢一些STL容器的函數，實爲不便，因此在此對STL容器中常用的操作進行筆記。

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std::priority_queue<T>定義於頭文件<queue>中，是所謂的優先隊列，一般的隊列，如同[2]中所示，是先進先出的，不需要對插入對象的大小或者其他屬性進行排序等，而優先隊列可以提供插入對象與現存對象之間的比較機制，這種機制可以給每個元素提供優先級，從而在隊列出列時，可以按照優先級的大小，升序或者降序出列。這種機制在實現操作系統的ready進程出列，給CPU運算時經常使用，因爲不同的進程是有優先級的，經常需要按照進程的優先級進行出列。

注意到priority_queue<T>並不是一種原生的序列數據結構，而是一種容器類序列數據結構，其意思是，實現優先隊列的底層數據結構可以是vector<T>，也可以是deque<T>，只要是滿足可以定義以下函數的數據類型都行:front(), push_back(), pop_back()。

其類原型如：

template<
    class T,
    class Container = std::vector<T>,
    class Compare = std::less<typename Container::value_type>
> class priority_queue;

這裏的Container就是在指定容器類型，默認是用vector<T>實現的；Compare指定比較元素的方法，默認是less<T>降序，這裏的less<T>的意思是最大優先級的元素將會在top()出現，而相反的，greater<T>的意思是最小優先級的元素將會在top()出現。 注意到，優先隊列可以對最大或者最小優先級的元素在常數時間內的查找，但是插入和刪除時間都是對數級別的。 其常用操作也不多，如下例子所示：

1. push() 插入元素，並且對底層容器排序
2. pop() 彈出棧頂元素，注意不返回值
3. top() 返回棧頂元素，注意不彈出
4. empty() 判斷隊列是否爲空
5. size() 返回隊列尺寸

priority_queue<int, vector<int>, less<int>> lessq;
priority_queue<int, vector<int>, greater<int>> greatq;

vector<int> nums = {2,3,6,8,0,1,5}; // 假設數值大小表示每個元素的優先級
for (auto &n:nums) {
	lessq.push(n);
	greatq.push(n);
}
while (!lessq.empty()){
	cout << lessq.top() << " ";
	lessq.pop();
} // 輸出 8,6,5,3,2,1,0 大優先級的先出列

while (!greatq.empty()){
	cout << greatq.top() << " ";
	greatq.pop(); 
} // 輸出 0,1,2,3,5,6,8 小優先級的先出列

也可以自定義比較函數：

struct node {
	int x, y;
	node(int x, int y):x(x), y(y){}
};
struct cmp {
	bool operator()(node a, node b){
		if (a.x == b.x) return a.y >= b.y;
		else return a.x > b.x;
	}
};


int main() {
	priority_queue<node, vector<node>, cmp> pq;
	for(int i = 1; i <= 5; i++)
		for(int j = 1; j <= 5; j++)
	    	pq.push(node(i,j));
	while (!pq.empty()) {
	        cout << pq.top().x <<" " << pq.top().y <<endl;
	        pq.pop();
	 }
	 return 0;
}

輸出如:

我們可以發現，priority_queue<T>是一個最大堆，其默認使用std:less<T>，也就意味着，其使用了操作符operator<。這意味着如果這個比較返回false，那麼第一個參數的元素位置將會和top()更接近[4]。
因此 less<int>等價於下面的自定義比較結構cmp

struct cmp {
	bool operator()(int a, int b) {
		return a < b; // 這裏是小於號，也即是爲什麼叫`less`的原因，但是其實最大優先級的先出列。
	}
}

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Reference

[1]. https://blog.csdn.net/LoseInVain/article/details/104189784
[2]. https://blog.csdn.net/LoseInVain/article/details/104453697
[3]. https://stackoverflow.com/questions/16111337/declaring-a-priority-queue-in-c-with-a-custom-comparator
[4]. https://stackoverflow.com/questions/36069276/what-does-the-return-value-of-a-priority-queue-custom-comparator-signify