文章目录
- 一.双端队列——deque
- 1.deque的优点与缺点
- 2.deque的原理
- 二.优先队列——priority_queue
- 1.什么是优先队列?
- 2.优先队列的基本使用
- 3.什么是仿函数?
- 4.优先队列的模拟实现
一.双端队列——deque
在上一章stack、queue
的模拟实现中,我们使用的是vector
来作为底层容器。但是,在标准库中,都是使用deque
来作为底层容器的,那么deque
究竟为何能受到青睐呢?
1.deque的优点与缺点
deque
对标的是vector
与list
,我们可以认为deque
是vector
与list
的结合并且取其精华去其糟粕。
vector
的优缺点
- 尾插尾删效率高,头插头删效率低
- 支持随机访问
- 扩容代价高
list
的优缺点
- 头删头插效率高
- 尾插尾删效率高
- 不支持随机访问
- 不需要扩容
deque
的优点
- 头删头插效率高
- 尾插尾删效率高
- 支持随机访问
- 扩容代价低(相比
vector
)
deque
看起来挺不错的,完美的继承了vector
与list
的优点。但是,既然deque
这么优秀,为什么我们又好像没怎么学习过它呢?答案是,它也有它的缺点。
deque
的缺点
- 中间插入或删除效率低
- 没有
vector
与list
的优点那么极致
deque
的产生就像是什么呢?就例如,我继承了爱因斯坦的高智商,又继承了泰森的力量,但是继承的过程有一些损耗,所以我既没有爱因斯坦极致的智商,又没有泰森极致的力量,我只是个普通人。所以我们说,deque
相当于vector
与list
的结合产品。
deque
看似很中庸,实际用处不大,但是,作为stack
与queue
的底层容器却又刚好合适,因为栈和队列的性质完美的避开了deque
的缺点,只用到了deque
的优点——栈和队列只对头部或者尾部进行操作。
2.deque的原理
对于deque
,我们只需要大致认识它的底层结构即可。
deque
(双端队列):是一种双开口的“连续”空间的数据结构,双开口的含义是:可以在头尾两端进行插入和删除操作,且时间复杂度为O(1),与vector
比较,头插效率高,不需要搬移元素;与list
比较,空间利用率比较高。
deque
并不是真正连续的空间,而是由一段段连续的小空间拼接而成的,实际deque
类似于一个动态的二维数组,其底层结构如下图所示:
双端队列底层是一段假象的连续空间,实际是分段连续的,为了维护其“整体连续”以及随机访问的假象,落在了deque
的迭代器身上,因此deque
的迭代器设计就比较复杂,如下图所示:
那deque
是如何借助其迭代器维护其假想连续的结构呢?
对于deque
我们只需做到了解就可以。
二.优先队列——priority_queue
1.什么是优先队列?
priority_queue
与stack
和queue
相同,都是一种容器适配器。默认使用vector
作为其底层存储数据的容器,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。
优先级队列允许你以任意顺序插入元素,并且每次弹出的元素是当前优先级最高(及最大或最小)的元素。在priority_queue
中,元素的插入顺序不影响元素的优先级,而是根据其优先级属性进行排序。
2.优先队列的基本使用
- 包含头文件
< queue >
#include <queue>
- 定义一个
priority_queue
对象
priority_queue<int> pq;
- 向队列中插入一个元素
pq.push(1);
pq.push(5);
pq.push(2);
- 从队列中弹出一个元素(该元素为队列内优先级最高的元素)
pq.pop();
- 返回队列中优先级最高的元素(及堆顶的元素)
cout << pq.top() << endl;
- 返回队列中的元素数量
cout << pq.size() << endl;
- 判断队列是否为空
//empty()
if (pq.empty())
{cout << "Queue is empty" << endl;
}
else
{cout << "Queue is not empty" << endl;
}
特别注意
优先级队列默认是建大堆,也就是元素的值越大,优先级越高。我们可以通过一个传递模板参数来控制优先级的判别。所以,优先级队列在设计的时候用到了3个模板参数,而我们上一章所学习的stack
与queue
则是2个模板参数,如图:
// 默认情况下,创建的是大堆,其底层按照小于号比较priority_queue<int> pq1;// 如果要创建小堆,将第三个模板参数换成greater比较方式// 记得包含greater算法的头文件——#include <functional>priority_queue<int, vector<int>, greater<int>> pq2;
第三个模板参数仅仅只有比较大小的作用,我们也可以自己实现这样一个模板类来传递。像图中Compare
这样的类所创建的对象,我们通常称它为——仿函数。因为该类的对象可以像函数一样使用。
3.什么是仿函数?
仿函数(functor
)是一种行为类似于函数的对象,它可以像函数一样被调用。在C++
中,仿函数通常是一个类,它重载了函数调用运算符operator()
,并且可以像函数一样使用。
仿函数可以被用来封装一些操作或算法,它们可以被传递给其他函数或算法作为参数,或者作为返回值返回给调用者。由于仿函数是一个对象,因此可以在调用它们的过程中保持状态信息,这使得它们可以非常灵活地实现不同的行为。
例如上述的优先级队列又或是库中的sort
函数,sort()
函数可以接受一个仿函数对象作为第三个参数,这个仿函数对象将被用来比较两个元素的大小关系,这样我们就可以灵活的运用sort
函数排序数列为升序或者降序了。
关于仿函数,我们点到为止。
4.优先队列的模拟实现
关于堆的结构前面已经详细讲解过点我
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;namespace dianxia
{// 小于template<class T>class less{public:bool operator()(const T& x, const T& y){return x < y;}};// 大于template<class T>class greater{public:bool operator()(const T& x, const T& y){return x > y;}};// priority_queue类template<class T, class Container = vector<T>,class Compare=less<T>>class priority_queue{// 比较的对象Compare com;// 向上调整void adjust_up(int child){size_t parent = (child - 1) / 2;while (child > 0){if (com(_con[parent] ,_con[child])){swap(_con[parent], _con[child]);child = parent;parent = (child - 1) / 2;}else{break;}}}// 向下调整void adjust_down(int parent){int child = parent * 2 + 1;while (child < _con.size()){// 确保child是两个孩子中大/小的那一个if (child + 1 < _con.size() && com(_con[child], _con[child + 1])){++child;}if (com(_con[parent], _con[child])){swap(_con[parent], _con[child]);parent = child;child = parent * 2 + 1;}else{break;}}}public:void push(const T& data){_con.push_back(data);adjust_up(_con.size()-1);}void pop(){// 堆顶元素与堆尾元素互换swap(_con[0],_con[_con.size() - 1]);_con.pop_back();adjust_down(0);}const T& top(){return _con[0];}size_t size(){return _con.size();}bool empty(){return _con.empty();}private:Container _con;};
}
本文到此结束,码文不易,还请多多支持哦!!!