优先队列

优先队列是一种抽象数据类型这概括了队列．他们的原则完全相同，不同之处在于他们还包括一个优先对于队列中的每个值。插入值时，将优先级分配给它。始终首先删除具有最高优先级的值。

你可以想到医院等优先队的队列。在先进先出（FIFO）方法中治疗患者并不总是一个好主意，因为一些患者可能处于危重状态。因此，咳嗽的患者可能会进入并分配低优先级。然后，患者可能会在后期遇到枪伤，他们将获得高优先级，然后首先被治疗。

优先级队列对杂耍多个程序及其执行（如您的笔记本电脑）的系统非常重要。它们对像互联网这样的网络系统也非常重要，因为它们可以帮助优先考虑重要数据以确保它更快地获得。

优先级队列有三个基本操作。

函数名*	提供的功能
插入（i，p）	增加价值一世优先权P.．
流行音乐（）	删除并返回具有最优先级的元素。
窥视（）	返回具有最高优先级的元素，而无需更改队列。

不需要确切的名称。实际上，可以通过特殊语法直接通过给定的语言提供一些功能。

以下代码是Python中优先级队列的实现。在一个有效的实现中，您可以期望获得用于插入的O（log n）的运行时（通过使用二进制搜索来查找放置它）。但是，为简单起见，我们将留在o（n）。

我们将使用整数分配优先级（整数越高，优先级越高）。此外，我们将在队列的字符串表示中显示优先级以使练习更容易稍后的．

注意：Python具有内置的实现优先队列和一个堆．

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班级优先考虑：def__init__（自我）：自我．Qlist.=［］def插入（自我那一世那P.=0.）：如果Len.（自我．Qlist.）＝＝0.：返回自我．Qlist.．附加（（一世那P.）））为了X在范围（0.那Len.（自我．Qlist.））如果自我．Qlist.[X］［1]<P.：返回自我．Qlist.．插入（X那（一世那P.）））返回自我．Qlist.．附加（（一世那P.）））def流行音乐（自我）：如果Len.（自我．Qlist.）＝＝0.：返回'队列空'返回自我．Qlist.．流行音乐（0.）def偷看（自我）：返回自我．Qlist.[0.]def__repr__（自我）：返回str.（自我．Qlist.）

让我们来看看为什么这是一个糟糕的实施。这插入函数在一个堆取O(log n)因为它是二进制搜索树．但是，在这一实现中，我们必须潜在地浏览每个价值self.qlist.．这意味着我们的实现是O（n）插入．

让我们使用我们的多于实施以处理进入医院的患者。当他们进来时，我们可以插入患者的名称，其状况和优先级。

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>>>PQ.=优先考虑（）>>>PQ.．插入（（'约翰'那'流感'），1）>>>PQ.．插入（（'莎莉'那'切断手臂'），3.）>>>PQ.[（（'莎莉'那'切断手臂'），3.），（（'约翰'那'流感'），1）>>>PQ.．流行音乐（）（（'莎莉'那'切断手臂'），3.）>>>PQ.．流行音乐（）（（'约翰'那'流感'），1）

所以即使我们放了约翰首先在队列中，我们放入莎莉优先考虑，所以她首先处理流行音乐（）功能。

让我们使用优先队队列进行一些练习：

1)查看实现代码多于，特别是第7和第8行。下面的输出是什么?

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>>>PQ.=优先考虑（）>>>PQ.．插入（“乔”那2）>>>PQ.．插入（'Polly'那2）>>>PQ.．流行音乐（）

两个值，乔和波莉有同样的优先权。谁先被处理?

如果您在实现中查看第8行，您将看到我们正在扫描左侧，直到找到优先级的值少．如果找不到，我们就把它添加到列表中。所以，在这个实现中，如果有两个值具有相同的优先级，最先出现的那个会最先出来。

1 2	>>>PQ.．流行音乐（）（“乔”那2）

我们可以轻松选择相反的方式;我们只需要改变<第8行的操作到平等操作员=．

2)在Python中，你可以比较许多类型的值，而不仅仅是整数。例如，您可以比较字符串。在Python中，以下语句将成立:

1 2

>>>'一种'<'B'真正的

那么，下面的输出是什么?

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>>>PQ.=优先考虑（）>>>PQ.．插入（'海登'那'D'）>>>PQ.．插入（“珍娜”那“米”）>>>PQ.．流行音乐（）

正如我们在上面看到的那样，在Python中，您可以比较字符串。这'一种'小于'B'．所以，'B'会有更高的优先权。的逻辑“米”应该优先于'D'．

1 2	>>>PQ.．流行音乐（）（“珍娜”那“米”）

虽然我们在我们的实现中使用了一个数组，但优先级队列几乎始终使用某种方式实现堆．优先级队列时间使用堆的复杂性是最常见的：

$\ begin {array} {c}＆\ text {eacp insert - o（log n），}＆\ text {eacp pop - o（log n），}＆\ text {eacp peek - o（1）}。\结束{array}$

对于插入，我们可能必须再次加热整个数据结构。因此，虽然插入过程仅需要O（1）时间，但HeaPify过程将采用O（log n）。POP也是如此。我们知道最大优先级值的位置，但重新堆叠仍然需要O（log n）时间。偷看，与其他人一样抽象数据类型，是一个恒定的时间操作。

优先级队列在这么多不同的区域中使用，在这里列出它们是不切实际的。与其益处相比，他们介绍的开销量（优先级）通常很小。以下是操作中优先级队列的一些示例：

1. 操作系统
   计算机中的操作系统管理在什么时间执行哪些程序。想象一下你的程序队列已满。突然，一个新的，非常重要的程序需要运行。您的操作系统将在队列中具有高优先级。

2. 图形搜索算法
   许多有效的图搜索算法，如一个*搜索和dijkstra的算法使用优先级队列了解下一个要探索哪些节点。此应用程序还包括用于图形搜索（如网络）的金属型。

3. Time-activated事件
   如果程序有许多需要在不同时间执行的事件，则程序可以使用优先级队列。优先级是执行程序的时间戳。然后队列将被正确排列。

4. 带宽管理
   队列用于处理Internet和其他网络上的数据流。然而，并非所有数据都同等重要。通过对重要数据进行优先排序，网络可以确保数据尽可能快地到达目的地。因此，优先级队列经常被使用。