如何使用C++的priority_queue 最大堆最小堆实现原理

如何在 c++++ 中使用 priority_queue 实现最大堆和最小堆?1. 默认情况下,priority_queue 是最大堆,如 std::priority_queue max_heap; 可实现每次获取最大值;2. 要实现最小堆,需指定第三个模板参数为 std::greater,如 std::priority_queue, std::greater> min_heap; 以构建最小堆;3. 自定义类型时,应提供比较函数对象,如定义 comparetask 结构体重载 operator() 按 priority 构建最小堆;4. 底层原理基于数组实现的完全二叉树结构,push 和 pop 操作分别触发向上和向下调整;5. 注意 priority_queue 不支持遍历和动态修改元素,适合固定优先级场景。

如何使用C++的priority_queue 最大堆最小堆实现原理

在 C++ 中,priority_queue 是一个常用的容器适配器,用来实现堆结构。默认情况下,它是一个最大堆(也就是每次取的是当前堆中最大的元素),但通过传入不同的比较函数,也可以轻松实现最小堆

如何使用C++的priority_queue 最大堆最小堆实现原理

最大堆的使用方法

默认情况下,priority_queue 就是最大堆。比如:

#include std::priority_queue max_heap;

这样声明之后,max_heap.top() 返回的就是当前堆中的最大值。

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如何使用C++的priority_queue 最大堆最小堆实现原理

添加元素用 push(),删除顶部元素用 pop(),判断是否为空用 empty(),这些和其它 STL 容器类似。

举个简单的例子:

如何使用C++的priority_queue 最大堆最小堆实现原理

max_heap.push(3);max_heap.push(1);max_heap.push(5);cout << max_heap.top();  // 输出 5

虽然你插入顺序是 3、1、5,但堆内部自动调整结构,保证最大值始终在顶部。

最小堆怎么实现?

C++ 的 priority_queue 默认不支持最小堆,需要我们手动指定比较函数。通常使用 greater 这个内置的比较器来实现:

#include #include std::priority_queue<int, std::vector, std::greater> min_heap;

注意模板参数有三个:

第一个是数据类型 int第二个是底层容器,默认是 vector第三个是比较方式,这里用了 greater,也就是“大于”关系,从而构建最小堆

使用起来也是一样:

min_heap.push(4);min_heap.push(2);min_heap.push(6);cout << min_heap.top();  // 输出 2

堆的实现原理简要说明

堆本质上是一种完全二叉树结构,通常用数组实现。最大堆和最小堆的区别在于节点之间的大小关系:

最大堆:父节点的值总是大于等于子节点。最小堆:父节点的值总是小于等于子节点。

当调用 push() 时,新元素被放到数组末尾,然后向上调整(heapify up)以保持堆的性质;当调用 pop() 时,根节点被移除,最后一个元素移到根位置,然后向下调整(heapify down)。

STL 中的 priority_queue 底层就是基于这样的逻辑实现的,只是把比较方式封装成了模板参数。

自定义类型的堆怎么写?

如果你要用自定义类型(比如结构体或类),就需要自己写比较函数或者重载操作符。

比如有一个表示任务优先级的结构体:

struct Task {    int priority;    string name;};

你想按 priority 构建最小堆,可以这样做:

struct CompareTask {    bool operator()(const Task& a, const Task& b) {        return a.priority > b.priority;  // 最小堆    }};std::priority_queue<Task, std::vector, CompareTask> task_queue;

这样就能根据 priority 来排序了。这个技巧在算法题或调度系统中非常实用。

使用注意事项

priority_queue 不支持直接遍历,只能通过 top()pop() 一个个访问。插入和弹出的时间复杂度都是 O(log n),效率还不错。如果你需要动态修改堆中的某个元素并重新调整堆,那就不适合用 priority_queue,建议换用 set 或者手写堆结构。

基本上就这些。理解最大堆和最小堆的实现差异,以及如何用模板参数控制比较方式,就可以灵活应对各种场景了。

以上就是如何使用C++的priority_queue 最大堆最小堆实现原理的详细内容,更多请关注创想鸟其它相关文章!

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