[C++系列] 61. priority_queue介绍使用及相关OJ

1. priority_queue的介绍和使用

1.1 priority_queue的介绍

1.优先队列是一种容器适配器,根据严格的弱排序标准,它的第一个元素总是它所包含的元素中最大的。
2. 此上下文类似于堆,在堆中可以随时插入元素,并且只能检索最大堆元素(优先队列中位于顶部的元素)。
3. 优先队列被实现为容器适配器,容器适配器即将特定容器类封装作为其底层容器类,queue提供一组特定的成员函数来访问其元素。元素从特定容器的“尾部”弹出,其称为优先队列的顶部。
4. 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。容器应该可以通过随机访问迭代器访问,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

5.标准容器类vector和deque满足这些需求。默认情况下,如果没有为特定的priority_queue类实例化指定容器类,则使用vector。
6. 需要支持随机访问迭代器,以便始终在内部保持堆结构。容器适配器通过在需要时自动调用算法函数make_heap、push_heap和pop_heap来自动完成此操作。

1.2 priority_queue的使用

优先级队列默认使用vector作为其底层存储数据的容器(vector可以随机访问。双端队列:物理不连续,逻辑连续,也可以随机访问,但需要计算偏移量,)在vector上又使用了堆算法将vector中元素构造成堆的结构,因此priority_queue就是堆,所有需要用到堆的位置,都可以考虑使用priority_queue。注意:默认情况下priority_queue是大堆。

函数声明 接口说明
priority_queue(const Compare& x = Compare(), const Container& y = Container() ); 构造一个空的优先级队列
template priority_queue(InputIterator first, InputIterator last, const Compare& comp = Compare(), const Container& ctnr = Container()); 用[first, last)区间中的元素构造优先级队列
bool empty( ) const 检测优先级队列是否为空,是返回true,否则返回false
const value_type& top ( ) const 返回优先级队列中最大(最小元素),即堆顶元素
void push ( const T& x ) 在优先级队列中插入元素x
void pop ( ) 删除优先级队列中最大(最小)元素,即堆顶元素

【注意】
1.默认情况下,priority_queue是大堆。
仿函数,以greater函数将priority_queue的默认大堆改变为小堆,再次贴上STL的核心结构:
在这里插入图片描述

#include <vector>
#include <queue>
#include <functional>   // greater算法的头文件
 
void TestPriorityQueue()
{
    // 默认情况下,创建的是大堆,其底层按照小于号比较
    vector<int> v{3,2,7,6,0,4,1,9,8,5};
    priority_queue<int> q1;
    for (auto& e : v)
        q1.push(e);
    cout << q1.top() << endl;
 
    // 如果要创建小堆,将第三个模板参数换成greater比较方式
    // priority_queue有三个参数: 类型,容器适配器(默认使用vector),仿函数(默认less,为大堆),小堆采用greater仿函数即可
    // 模板里面一定传的为类型,并且类型需要回调,则仅有重载()的仿函数能够满足要求
    priority_queue<int, vector<int>, greater<int>> q2(v.begin(), v.end());
    cout << q2.top() << endl;
}

2.如果在priority_queue中放自定义类型的数据,用户需要在自定义类型中提供>或<的重载

class Date
{
public:
    Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
        : _year(year)
        , _month(month)
        , _day(day)
    {}
 
    bool operator<(const Date& d)const
    {
        return (_year < d._year) ||
               (_year == d._year && _month < d._month) ||
               (_year == d._year && _month == d._month && _day < d._day);
    }
 
    bool operator>(const Date& d)const
    {
        return (_year > d._year) ||
            (_year == d._year && _month > d._month) ||
            (_year == d._year && _month == d._month && _day > d._day);
    }
 
    friend ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d)
    {
        _cout << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day;
        return _cout;
    }
 
private:
    int _year;
    int _month;
     int _day;
};
 
void TestPriorityQueue()
{
    // 大堆,需要用户在自定义类型中提供<的重载
    priority_queue<Date> q1;
    q1.push(Date(2018, 10, 29));
    q1.push(Date(2018, 10, 28));
    q1.push(Date(2018, 10, 30));
    cout << q1.top() << endl;
 
    // 如果要创建小堆,需要用户提供>的重载
    priority_queue<Date, vector<Date>, greater<Date>> q2;
    q2.push(Date(2018, 10, 29));
    q2.push(Date(2018, 10, 28));
    q2.push(Date(2018, 10, 30));
    cout << q2.top() << endl;
}

3.有些情况下,用户可能需要提供比较器规则

class Less
{
public:
    bool operator()(const Date* pLeft, const Date* pRight)	// 需要重载小括号实现类型的回调
    {
        return *pLeft < *pRight;
    }
};
 
 
void TestPriorityQueue()
{
    // 自己定制比较的规则
    priority_queue<Date*, vector<Date*>, Less> q;
    q.push(&Date(2018, 10, 29));
    q.push(&Date(2018, 10, 28));
    q.push(&Date(2018, 10, 30));
    cout << *q.top() << endl;
    return 0;
}

1.3 priority_queue在OJ上的使用

1.3.1 数组中的第K个最大元素
class Solution {
public:
    int findKthLargest(vector<int>& nums, int k) {
        priority_queue<int> p(nums.begin(), nums.end());
        // 将优先级队列中前k-1个元素删除掉
        for (int i = 0; i < k - 1; ++i) {
            p.pop();
        }
        return p.top();
    }
};
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