优先级队列和队列有啥区别？

Posted 2023-05-16

优先级队列 是不同于先进先出队列的另一种队列。每次从队列中取出的是具有最高优先权的元素
　　优先队列的类定义
　　#include <assert.h>
　　#include <iostream.h>
　　$include <stdlib.h>
　　const int maxPQSize = 50; //缺省元素个数
　　template <class Type> class PQueue
　　public:
　　PQueue ( );
　　~PQueue ( ) delete [ ] pqelements;
　　void PQInsert ( const Type & item );
　　Type PQRemove ( );
　　void makeEmpty ( ) count = 0;
　　int IsEmpty ( ) const
　　 return count == 0;
　　int IsFull ( ) const
　　 return count == maxPQSize;
　　int Length ( ) const return count;
　　private:
　　Type *pqelements; //存放数组
　　int count; //队列元素计数
　　
　　优先队列是0个或多个元素的集合,每个元素都有一个优先权或值,对优先队列执行的操作有1) 查找;2) 插入一个新元素;3) 删除.在最小优先队列(min priorityq u e u e)中,查找操作用来搜索优先权最小的元素,删除操作用来删除该元素;对于最大优先队列(max priority queue),查找操作用来搜索优先权最大的元素,删除操作用来删除该元素.优先权队列中的元素可以有相同的优先权,查找与删除操作可根据任意优先权进行.
　　最大优先权队列的抽象数据类型描述如ADT 9-1所示,最小优先队列的抽象数据类型描述与之类似,只需将最大改为最小即可.
　　ADT 最大优先队列的抽象数据类型描述抽象数据类型
　　M a x P r i o r i t y Q u e u e
　　实例 有限的元素集合,每个元素都有一个优先权
　　操作
　　Create ( ):创建一个空的优先队列
　　Size ( ):返回队列中的元素数目
　　Max ( ):返回具有最大优先权的元素
　　I n s e rt (x):将x插入队列
　　DeleteMax (x):从队列中删除具有最大优先权的元素,并将该元素返回至x
　　
　　优先队列插入和删除元素的复杂度都是O(lgn)，所以很快。
　　另一种描述方法是采用有序线性表,当元素按递增次序排列,使用链表时则按递减次序排列,这两种描述方法的删除时间均为( 1 ),插入操作所需时间为(n).
　　例：
　　假设我们对机器服务进行收费.每个用户每次使用机器所付费用都是相同的,但每个
　　用户所需要服务时间都不同.为获得最大利润,假设只要有用户机器就不会空闲,我们可以把
　　等待使用该机器的用户组织成一个最小优先队列,优先权即为用户所需服务时间.当一个新的
　　用户需要使用机器时,将他/她的请求加入优先队列.一旦机器可用,则为需要最少服务时间
　　(即具有最高优先权)的用户提供服务.
　　如果每个用户所需时间相同,但用户愿意支付的费用不同,则可以用支付费用作为优先权,
　　一旦机器可用,所交费用最多的用户可最先得到服务,这时就要选择最大优先队列. 参考技术A 　　队列就像平时买东西排队一样，从一个队伍的后面进入这个队伍，然后排队，直到走到队伍最前面（队首）才能出去。
　　队列就是采用FIFO（first in first out ）原则模拟现实生活中这种排队模型的一种数据结构。
　　优先队列是对队列的进一步抽象，比如五个人排队，其中有一个是老年人，那么老年人就会自动被排到最前面。 参考技术B 优先级队列可以自定义优先级别在队列中优先查找级别高的数据，队列只能是先进先出，即先进入的数据级别高，后进入的级别低。

优先队列和堆

什么是优先队列？

　　优先队列也是一种队列，只不过不同的是，优先队列的出队顺序是按照优先级来的；在有些情况下，可能需要找到元素集合中的最小或者最大元素，可以利用优先队列ADT来完成操作，优先队列ADT是一种数据结构，它支持插入和删除最小值操作（返回并删除最小元素）或删除最大值操作（返回并删除最大元素）；

这些操作等价于队列的enQueue和deQueue操作，区别在于，对于优先队列，元素进入队列的顺序可能与其被操作的顺序不同，作业调度是优先队列的一个应用实例，它根据优先级的高低而不是先到先服务的方式来进行调度；

　　如果最小键值元素拥有最高的优先级，那么这种优先队列叫作升序优先队列（即总是先删除最小的元素），类似的，如果最大键值元素拥有最高的优先级，那么这种优先队列叫作降序优先队列（即总是先删除最大的元素）；由于这两种类型时对称的，所以只需要关注其中一种，如升序优先队列；

 

堆的代码

#include <stdio.h>
#include <assert.h>
#include<iostream>
using namespace std;

#define _CRT_SECURE_N0_WARNINGS 1
struct Heap{
    int array[100];
    int size;
};

static void Swap(int *a, int *b)
{
    int t = *a;
    *a = *b;
    *b = t;
}

//初始化
void HeapInit(Heap *pH, int source[], int size)
{
    for (int i = 0; i < size; i++)
    {
        pH->array[i] = source[i];
    }
    //更改堆的实际大小
    pH->size = size;
}

//向下调整 大堆
//root 指的是下标  ------------->大根堆
void HeapAdjustDown(Heap* pH, int root)
{
    int parent = root;
    while (true)
    {
        // 先判断有没有孩子（叶子结点）
        // 数组角度去想   -> 孩子的下标是否越界
        // 只要判断左孩子的下标（因为是完全二叉树)
        int left = parent * 2 + 1;
        int right = parent * 2 + 2;

        if (pH->size < left) //越界 左孩子不存在
            return;

        int MaxChild = left;
        if ((pH->size >= right) && (pH->array[right]>pH->array[MaxChild]))
            MaxChild = right;

        if (pH->array[MaxChild] < pH->array[parent])
            return;

        //交换 
        swap(pH->array[MaxChild],pH->array[parent]);
        parent = MaxChild;
    }
}

//向上调整 大堆  
void HeapAdjustUp(Heap* pH, int child)
{
    int parent;
    while (child > 0)
    {
        parent = (child - 1) / 2;
        if (pH->array[parent] >= pH->array[child])
            return;
        Swap(pH->array + parent, pH->array + child);
        child = parent;
    }
}

void HeapMakeHeap(Heap* pH)
{
    //最后一个非叶子结点 last=size-1;
    //parent=(last-1)/2 = size/2-1;
    //所有非叶子结点的下标为[0 ,size/2-1]
    //从物理结构上来看 从后往前建堆 [最后一个非叶子结点size/2-1,0]
    for (int i = (pH->size - 2) / 2; i >= 0; i--) {
        HeapAdjustDown(pH, i);
    }
}

void HeapPop(Heap* pH)
{
    pH->array[0] = pH->array[pH->size - 1];
    pH->size = pH->size - 1;

    HeapAdjustDown(pH, 0);
}

int HeapTop(Heap* pH)
{
    return pH->array[0];
}

void HeapPush(Heap* pH,int data)
{
    assert(pH->size < 100);
    pH->array[pH->size++] = data;

    HeapAdjustUp(pH, pH->size-1);
}



void Test()
{
    int array[] = { 53, 17, 78, 9, 45, 65, 87, 23, 31 };
    int size = sizeof(array) / sizeof(int);

    Heap    heap;
    HeapInit(&heap, array, size);
    HeapMakeHeap(&heap);

    HeapPop(&heap);

    HeapPush(&heap, 100);
    printf("%d
", HeapTop(&heap));

    printf("Create dump
");
}




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