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C++如何使用优先队列(priority_queue)?(堆数据结构)

裘德小鎮的故事

裘德小鎮的故事

发布时间:2025-12-14 22:10:03

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来源于php中文网

原创

C++中priority_queue默认为最大堆,top()返回最大元素;要实现最小堆需指定std::greater比较器;仅支持堆顶访问和增删,不支持遍历与修改。

c++如何使用优先队列(priority_queue)?(堆数据结构)

在C++中,priority_queue 是标准模板库(STL)提供的**最大堆**实现,默认按元素值从大到小自动排序。它底层基于堆(通常是二叉堆),支持在 O(log n) 时间内插入和弹出最值元素。

基本用法与默认行为

默认情况下,priority_queue 是一个**最大堆**,顶部(top())返回最大元素:

  • 声明:std::priority_queue pq;
  • 插入:pq.push(3); pq.push(1); pq.push(4);
  • 访问顶部:pq.top() → 返回 4(不删除)
  • 弹出顶部:pq.pop(); → 移除 4,之后 top() 变为 3
  • 判空:pq.empty(),获取大小:pq.size()

如何创建最小堆?

要让 priority_queue 表现为**最小堆**(顶部是最小元素),需显式指定比较器:

  • 使用 std::greaterstd::priority_queue, std::greater> min_pq;
  • 等价写法(更直观):std::priority_queue, std::less> 是默认最大堆;std::greater 翻转逻辑,使小的元素“优先”上浮
  • 自定义类型时,可传入 lambda(C++20 起支持)或仿函数,例如:auto cmp = [](const Node& a, const Node& b) { return a.cost > b.cost; };,然后声明为 priority_queue, decltype(cmp)> pq(cmp);

常用操作与注意事项

priority_queue 不提供遍历、查找或随机访问接口,仅支持堆顶操作和增删:

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  • 没有 begin()/end(),不能用范围 for 遍历内部元素
  • 不支持修改已有元素——若需更新优先级(如 Dijkstra 中的减小键),应插入新元素并配合标记/懒删除(例如记录已处理节点,遇到旧版本直接跳过)
  • 底层容器默认是 std::vector,也可换为 std::deque(需显式指定,但极少必要)
  • 构造时可传入迭代器区间,自动建堆:priority_queue pq(v.begin(), v.end());

典型应用场景举例

优先队列天然适合需要动态维护“当前最优选择”的问题:

  • Top-K 问题:维护大小为 K 的最小堆,遍历数据流,比堆顶大就替换,最后堆中即为最大的 K 个数
  • Huffman 编码:每次合并频率最小的两个节点,用最小堆高效取最小
  • Dijkstra 算法:优先取出当前距离最小的未访问节点,配合懒删除避免重复处理
  • 任务调度:按优先级或截止时间排序,高优任务先执行

基本上就这些。用对比较器,理解它是只读顶+单向弹出的结构,就不容易踩坑。

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