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c++中如何使用std::priority_queue实现迪杰斯特拉算法_c++技巧【汇总】

冰火之心

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发布时间:2026-01-20 15:23:30

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来源于php中文网

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迪杰斯特拉算法需用最小堆,std::priority_queue默认最大堆,必须显式指定std::greater比较器;pair的first须为距离、second为节点编号以保证字典序正确;需跳过过期条目,即弹出时检查d==dist[u]。

c++中如何使用std::priority_queue实现迪杰斯特拉算法_c++技巧【汇总】

std::priority_queue 默认是最大堆,迪杰斯特拉需要最小堆

直接用 std::priority_queue 声明不加模板参数,默认按 std::less 比较,也就是大根堆 —— 会把距离最大的节点优先弹出,完全违背迪杰斯特拉“每次取当前最近未访问节点”的核心逻辑。

必须显式指定比较器为 std::greater,让它变成小根堆。注意:这要求元素类型支持 operator>,或你提供自定义仿函数/lambda(但 lambda 不能直接用于模板参数,所以通常用 std::greater 或结构体)。

  • 正确写法:
    std::priority_queue, std::vector>, std::greater>> pq;
  • std::pair 的默认 operator> 按字典序比较:先比 first(距离),再比 second(节点编号)。只要 first 是距离,就天然满足最小堆需求
  • 别写成 std::less<...>,那是反的

pair 的 first 必须是距离,second 是节点编号

因为 std::priority_queue 只看 pair 的字典序,而字典序比较时 first 优先级最高。如果把节点放前面、距离放后面,堆会按节点编号排序,完全失效。

  • ✅ 正确:std::make_pair(dist[u], u) —— 距离在前,节点在后
  • ❌ 错误:std::make_pair(u, dist[u]) —— 堆只按 u 排,和距离无关
  • 插入前确保 dist[u] 是当前已知最短距离(松弛后更新)

不能依赖 priority_queue 删除旧状态,必须手动跳过过期条目

std::priority_queue 不支持修改或删除中间元素。当发现更短路径时,你只能把新 (new_dist, v) 入队,但旧的 (old_dist, v) 仍留在堆里。如果不处理,后续可能重复松弛、算错结果、甚至死循环。

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标准做法是:每次 pq.top() 取出后,立刻检查 dist[node] == current_dist。若不等,说明该条目已过期,pop() 后 continue。

  • 示例关键逻辑:
    while (!pq.empty()) {
        auto [d, u] = pq.top(); pq.pop();
        if (d != dist[u]) continue;  // 过期条目,跳过
        for (auto &[v, w] : graph[u]) {
            if (dist[u] + w < dist[v]) {
                dist[v] = dist[u] + w;
                pq.push({dist[v], v});
            }
        }
    }
  • 这个判断必须放在 pop() 之后、任何处理之前
  • 漏掉它,算法在含重边或多次更新的图上大概率出错

初始化与图表示影响实际写法

没有统一“最佳图结构”,但常见组合会影响代码简洁性:

  • 邻接表推荐用 std::vector<:vector int>>>:外层索引是起点,内层每个 pair
  • dist 数组必须初始化为一个足够大的数(如 INT_MAX / 2),避免加法溢出;别用 INT_MAX 直接加权值
  • 起点 dist[src] = 0,并立即 pq.push({0, src})
  • 如果图稀疏(边数 m ≈ n),std::priority_queue 版本复杂度是 O((n + m) log m);稠密图可考虑手写堆或 std::set,但通常没必要
实际最难绷的不是写对模板参数,而是忘记检查过期条目 —— 那个 if (d != dist[u]) continue 看似简单,漏掉一次,调试半小时。

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