C语言实现优先队列(priority queue)

Posted 2023-05-04

参考技术A         堆排序是一个比较优秀的算法,堆这种数据结构在现实生活中有很多的应用,比如堆可以作为一个优先队列来使用,作为一个高效的优先队列,它与堆的结构一样,都有最大优先队列,最小优先队列.优先队列priority queue 是一种用来维护一组元素构成的集合S的数据结构，每一个元素都有一个相关的值，称为关键字（key）。

        最大优先队列包含以下操作：

         将元素x插入到S的集合中，等价于 ；

         返回S中最大元素；

         返回并且删除S中最大元素；

         将元素x的关键字增加到key，要求 。

        同样的，最小优先队列操作也包括： , , , 。只不过是对最小值进行操作。

        在这里主要讨论最大优先队列，其应用很多，在共享计算机作业系统就是，类似于早期的unix主机，管理员root可以设置n个不同的用户，以及各个用户不同的操作权限，从主机那里接出多个终端，每个操作人员（程序员）在自己的工作终端 ，感觉像是自己拥有自己独立的作业主机一样，其实不是，通过一些任务调度来实现，其中就有任务等待执行相关队列，并且有各个任务有着自己优先级，以便确定调度执行具体任务，如果你学过操作系统相关知识，那么应该对系统调度有所了解。

        当一个作业被完成或者被中断后，调度器会调用 来调用所有在队列中等待任务中优先级最高的任务执行，在新任务加入等待任务时会调用 加入任务等待队列，当某个任务等待时间过长时可通过 提高其优先级，从而减少等待时间。

        下面是具体实现C程序源码：

#include <stdio.h>

#define NAGE_INFINIT -99999

#define parent(i) i/2

#define left(i) 2*i+1

#define right(i) 2*i+2

//get array of A first element

int heap_maximum(int A[]) return A[0];

/***********************************************

*

* function max_heapify();

*

* args

*  A[] inttype save elements of heap

*  i index of A

*  heap_size real length of A

*

* ********************************************/

void max_heapify(int A[],int i,int heap_size)

    int l,r,largest,temp;

    l=left(i);

    r=right(i);

    if((l<=heap_size)&&(A[l]>A[i]))

        largest=l;

    else

        largest=i;

    if((r<=heap_size)&&(A[r]>A[largest]))

        largest=r;

    if(largest!=i)

        temp=A[i];

        A[i]=A[largest];

        A[largest]=temp;

        max_heapify(A,largest,heap_size);

   



/*********************************************

*

* function heap_extract_max()

*

* args

*  A[] inttype save elements of heap

*  heap_size inttype the real length of A

*

* return max the parent node value

*

* ******************************************/

int heap_extract_max(int A[],int heap_size)

    int max;

    if(heap_size<0)

        return -1;  //heap underflow

    max=A[0];  //parent node the max value of element

    A[0]=A[heap_size];

    heap_size--;

    /**************************************

    * dajust binary heap(or tree) to make

    * sure heap fo A true every times

    *

    * ************************************/

    max_heapify(A,0,heap_size);

    return max;



/***********************************************

*

* function heap_increase_key();

*

* args

*  A[] inttype save elemnts of heap

*  i index of A

*  key inserted element

*

* *********************************************/

void heap_increase_key(int A[],int i,int key)

    int temp;

    if(key<A[i])

        printf("new key is smaller than current key\n");

        return;    //over programming

   

    A[i]=key;

    //p=parent(i);

    while ((i>0)&&(A[parent(i)]<A[i]))

        temp=A[i];

        A[i]=A[parent(i)];

        A[parent(i)]=temp;

        i=parent(i); //update index of A

        //p=parent(i);

   



/***************************************************

*

* function max_heap_insert();

*

* args

*  A[] inttype save elements of A

*  key inserted element to A

*  heap_size real length of A

*

* **************************************************/

void max_heap_insert(int A[],int key,int heap_size)

    heap_size+=1;

    A[heap_size]=NAGE_INFINIT;

    heap_increase_key(A,heap_size,key);



int main()



    int heap_max,max,i,key;

    int A[11],Temp[11];

    int heap_size=0;

    char c;

    while (1)

        scanf("%d",&A[heap_size]);

        c=getchar();

        if(c=='\n')

            break;

        heap_size++;

   

    //copy A to Temp

    for(i=0;i<=heap_size;i++)

        Temp[i]=A[i];

    //get heap maximum element

    heap_max=heap_maximum(A);

    printf("heap of A maximum element: %d\n",heap_max);

    //copy Temp to A

    for(i=0;i<=heap_size;i++)

        A[i]=Temp[i];

    /*--extract maximum element--*/

    max=heap_extract_max(A,heap_size);

    printf("extract element: %d \n",max);

    printf("new heap of A after extract maximum node\n");

    for(i=0;i<heap_size;i++)

        printf("%d ",A[i]);

    printf("\n");  //next line

    //copy Temp to A

    for(i=0;i<=heap_size;i++)

        A[i]=Temp[i];

    /*--increase from A[i] to key--*/

    printf("input i key ");

    scanf("%d %d",&i,&key);

    heap_increase_key(A,i,key);

    for(i=0;i<=heap_size;i++)

        printf("%d ",A[i]);

    printf("\n");

    //copy Temp to A

    for(i=0;i<=heap_size;i++)

        A[i]=Temp[i];

    /*--insert queueu--*/

    key=0;  //init key;

    printf("input key: ");

    scanf("%d",&key);

    max_heap_insert(A,key,heap_size);

    for(i=0;i<=heap_size+1;i++)

        printf("%d ",A[i]);

    printf("\n");

    return 0;



/****************************************

*

* input 16 14 10 8 7 9 3 2 4 1

*      i: 8

*      key: 15

*

* output in function main()

* **************************************/

其运行结果如下图：

欢迎留言交流，也感谢指正，一起进步。

C++Review6_优先队列priority_queue

普通队列是一个先进先出的数据结构，元素在队尾添加，在队头删除。

优先队列的出队逻辑相比于普通队列发生了改变，具有最高优先级的元素先出队。

在C++中只要包含了#include<queue>就可以使用优先队列这个数据结构priority_queue；

优先队列包含了普通队列的所有操作。只是在这个基础上添加了内部的自动排序，其底层实现是一个堆。

 

待补充

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相关链接：

C++优先队列介绍：https://www.cnblogs.com/huashanqingzhu/p/11040390.html

优先队列用法：https://blog.csdn.net/LOVETEDA/article/details/90580395