在优先级队列中随机访问

Question

我如何在优先级队列中随机访问/搜索？例如，如果有一个像q = {5,4,3,2,1}这样的优先级队列，我想直接访问第3个值，即3，我不能这样做，是否有任何进程随机访问优先队列？

Answer 1

大多数优先级队列实现（包括C ++ std::priority_queue类型）不支持随机访问。优先级队列背后的想法是牺牲随机访问来快速访问最小元素。

根据您尝试做的事情，您可以使用许多其他方法。如果始终想要访问队列中的第三个元素（而不是任何其他任意位置），那么它可能足够快，只需将两个元素出列，缓存它们，然后将值取列为你想要把其他两个元素放回去。

如果要在任何时间点访问第k个最小元素，其中k更大，一个选项是存储两个不同的优先级队列：一个包含k个元素的反向排序优先级队列（称之为左侧队列） ）和一个保持剩余nk元素的常规优先级队列（称之为正确的队列）。要获得第k个最小元素，从左侧队列中出队（返回第k个最小元素），然后从右侧出列一个元素并向左排队以使其返回到总共k个元素。要进行入队，请检查该数字是否小于左侧队列的顶部。如果是这样，从左侧队列出列，将删除的元素排入正确的队列，然后将原始元素排入左侧。否则，排入右边。这保证了每个操作的O（log n）运行时。

如果您需要对排序序列进行真正的随机访问，请考虑使用订单统计树。这是一个扩充的二叉搜索树，支持按索引对元素进行O（log n）访问。您可以使用它来构建一个优先级队列 - 最小元素总是在索引0处。捕获（当然还有捕获）是很难找到一个好的实现和常量因素隐藏在O（log n）中的术语远远高于标准二进制堆。

Answer 2

添加@templatetypedef的答案：

除非使用效率非常低的优先级队列，否则无法将元素的随机访问与优先级队列组合在一起。以下是一些选项，具体取决于您的需求：

1-效率低下的优先级队列将是您保持排序的std::vector。推送元素意味着找到它应该插入的位置，并向前移动所有后续元素。弹出元素只是简单地读取和删除最后一个元素（back和pop_back，这些是有效的）。当然，随机访问也很有效。

2-您可以使用std::multiset（或std::multimap）而不是优先级队列。它是一种树状结构，可以对事物进行排序。您可以insert代替push，然后使用begin（或rbegin）迭代器erase读取并删除第一个（或最后一个）元素。插入和查找第一个/最后一个元素是log（n）操作。数据结构允许按顺序读取所有元素，但它不提供随机访问。

3-您可以使用std::priority_queue以及std::vector和std::push_heap算法（以及std::pop_heap和{{}来破解您自己的push_back版本1}} pop_back的方法。您将获得相同的有效优先级队列，但也可以随机访问priority_queue的所有元素。它们没有排序，你只知道数组中的第一个元素是最高优先级元素，其他元素以满足堆属性的方式存储。如果您偶尔只想按顺序读取所有元素，则可以使用函数std::vector按优先级对数组中的所有元素进行排序。函数std::sort_heap将使您的数组返回其堆状态。

请注意，std::make_heap默认使用std::priority_queue来存储其数据。有可能std::vector reinterpret_cast到std::priority_queue，因此您可以随机访问队列中的其他元素。但是，如果它适用于您的标准库的实现，它可能不会在其他人或同一个库的未来版本上，所以我不建议您这样做！根据上面的＃3，使用标准库中的算法创建自己的堆类更安全。