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C++优先队列示例：实现与应用

2023-07-01 09:06:58 深夜i -- --

C++ 优先队列实现应用

C++优先队列是一种常用的数据结构，它能够存储一组元素，并按照优先级进行排序，从而能够快速找到最大或最小的元素。在本文中，我们将介绍C++优先队列的基本概念，以及如何使用它来解决实际问题。

C++优先队列的基本概念

C++中的优先队列是一个内部结构为堆的STL容器。其中每个元素都被赋予一个优先级，然后按照优先级进行排列。默认情况下，C++优先队列以最大堆的方式工作，也就是将优先级最高的元素放置在队列的最前面。

语法上，C++优先队列的定义方式类似于STL的其他容器类型：


#include <queue>
// 定义一个最大堆
std::priority_queue<int> maxHeap;
// 定义一个最小堆
std::priority_queue<int, std::vector<int>, std::greater<int>> minHeap;

上述代码中的maxHeap是一个最大堆，也就是优先级最高的元素在队列的最前面。而minHeap则是一个最小堆，优先级最低的元素在队列的最前面。

C++优先队列的实现方式为堆，具体来说，是一个完全二叉树。在最大堆中，任何一个节点都不小于其子节点；而在最小堆中，任何一个节点都不大于其子节点。因此，我们可以通过调整完全二叉树的结构来实现堆的插入、删除和调整等各种操作。

C++优先队列的应用

C++优先队列通常用于需要快速查找最大、最小元素的场合。例如，我们可以使用C++优先队列来实现以下问题：

* 在一堆整数中查找最大的K个数。

* 在一堆单词中统计出现次数最多的前K个单词。

* 在一堆任务中，分配任务优先级并按照优先级完成任务。

以上是应用C++优先队列的常见场景，我们可以通过C++代码轻松实现。下面我们举一个查找最大的K个数的例子。

话不多说，看代码：


#include <iostream>
#include <queue>
#include <vector>
using namespace std;
int main() {
  vector<int> nums4; // 待查找的数列
  int k = 3; // 查找前3个最大数
  priority_queue<int, vector<int>, greater<int>> q; // 建立一个最小堆
  for (auto num : nums) {
    if (q.size() < k) {
      q.push(num);
    } else if (num > q.top()) {
      q.pop();
      q.push(num);
    }
  }
  // 输出结果
  while (!q.empty()) {
    cout << q.top() << " ";
    q.pop();
  }
  return 0;
}

该程序会在一堆整数中查找前3个最大的数。先建立一个最小堆，并遍历整数序列，将前3个整数加入堆中，然后遍历剩余整数，如果比最小堆堆顶元素大，则弹出堆顶元素并将该元素加入堆中。最终，堆中剩余的3个元素就是最大的3个元素。

总结

C++优先队列是一种实用而高效的数据结构，可以应用于各种场合中。在本文中，我们介绍了C++优先队列的基本概念和实现方式，并且以一个查找最大的K个数的例子说明了如何使用C++优先队列。同时，我们也需要注意，C++优先队列的实现方式是堆结构，在使用时需要注意堆结构的特点和常见的操作。

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