在优先队列中随机访问
Randomly Access in a Priority Queue
我如何 access/search 在优先队列中随机？例如，如果有一个像 q={5,4,3,2,1} 这样的优先级队列，例如，我想直接访问第 3 个值，即 3，我不能这样做，是否有任何进程可以随机访问优先队列？
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。优先队列背后的想法是牺牲随机访问来快速访问最小的元素。
根据您要执行的操作，您可以使用许多其他方法。如果你总是想要访问队列中的第三个元素（而不是任何其他任意位置），它可能足够快，只需出列两个元素，缓存它们，然后出列你想要的值并将其他两个元素放回去。
如果您想在任何时间点访问第 k 个最小的元素，其中 k 较大，一种选择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（称为左队列）和一个包含剩余 n-k 个元素的常规优先级队列（称为右队列）。要获得第 k 个最小的元素，从左队列中出队（返回第 k 个最小的元素），然后从右侧出队一个元素并入队到左侧以将其返回到总共 k 个元素。要进行入队，请检查数字是否小于左侧队列的顶部。如果是，则从左队列中出队，将移除的元素入队到右队列中，然后将原始元素入队到左队列中。否则，向右排队。这保证了每个操作的 O(log n) 运行时间。
如果您需要真正随机访问排序序列，请考虑使用顺序统计树。这是一个增强的二叉搜索树，支持通过索引对元素进行 O(log n) 访问。您可以使用它来构建一个优先级队列 - 最小元素始终位于索引 0 处。问题（当然有一个问题）是很难找到一个好的实现和隐藏在 O(log n ) 项比标准二进制堆中的项高得多。
添加到@templatetypedef 的答案中：
你不能将元素的随机访问与优先级队列结合起来，除非你使用一个非常低效的优先级队列。根据您的需要，这里有一些选项：
1- 一个低效的优先级队列将是一个 std::vector 你保持排序。推送一个元素意味着找到它应该插入的位置，并将所有后续元素向前移动。弹出一个元素只是简单地读取和删除最后一个元素（back 和 pop_back，它们很有效）。当然，随机访问也很有效。
2- 您可以使用 std::multiset（或 std::multimap）代替优先级队列。它是一种树结构，可以使事物保持排序。您可以 insert 而不是 push，然后使用带有 erase 的 begin（或 rbegin）迭代器读取并删除第一个（或最后一个）元素。插入和查找 first/last 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::vector 和 std::push_heap 和 std::pop_heap 算法（连同 push_back 和pop_back 方法 std::vector)。您将获得同样高效的优先级队列，而且还可以随机访问 priority_queue 的所有元素。它们没有排序，你所知道的是你的数组中的第一个元素是最高优先级的元素，而其他元素的存储方式满足堆属性。如果您只是偶尔想按顺序读取所有元素，可以使用函数 std::sort_heap 按优先级对数组中的所有元素进行排序。函数 std::make_heap 会将您的数组 return 变为其堆状态。
请注意，std::priority_queue 默认使用 std::vector 来存储其数据。 reinterpret_cast std::priority_queue 到 std::vector 是可能的，因此您可以随机访问队列中的其他元素。但是如果它适用于你的标准库实现，它可能不适用于其他人，或者同一库的未来版本，所以我不建议你这样做！根据上面的#3，使用标准库中的算法创建自己的堆 class 更安全。
我如何 access/search 在优先队列中随机？例如，如果有一个像 q={5,4,3,2,1} 这样的优先级队列，例如，我想直接访问第 3 个值，即 3，我不能这样做，是否有任何进程可以随机访问优先队列？
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。优先队列背后的想法是牺牲随机访问来快速访问最小的元素。
根据您要执行的操作，您可以使用许多其他方法。如果你总是想要访问队列中的第三个元素（而不是任何其他任意位置），它可能足够快，只需出列两个元素，缓存它们，然后出列你想要的值并将其他两个元素放回去。
如果您想在任何时间点访问第 k 个最小的元素，其中 k 较大，一种选择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（称为左队列）和一个包含剩余 n-k 个元素的常规优先级队列（称为右队列）。要获得第 k 个最小的元素，从左队列中出队（返回第 k 个最小的元素），然后从右侧出队一个元素并入队到左侧以将其返回到总共 k 个元素。要进行入队，请检查数字是否小于左侧队列的顶部。如果是，则从左队列中出队，将移除的元素入队到右队列中，然后将原始元素入队到左队列中。否则，向右排队。这保证了每个操作的 O(log n) 运行时间。
如果您需要真正随机访问排序序列，请考虑使用顺序统计树。这是一个增强的二叉搜索树，支持通过索引对元素进行 O(log n) 访问。您可以使用它来构建一个优先级队列 - 最小元素始终位于索引 0 处。问题（当然有一个问题）是很难找到一个好的实现和隐藏在 O(log n ) 项比标准二进制堆中的项高得多。
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你不能将元素的随机访问与优先级队列结合起来，除非你使用一个非常低效的优先级队列。根据您的需要，这里有一些选项：
1- 一个低效的优先级队列将是一个 std::vector 你保持排序。推送一个元素意味着找到它应该插入的位置，并将所有后续元素向前移动。弹出一个元素只是简单地读取和删除最后一个元素（back 和 pop_back，它们很有效）。当然，随机访问也很有效。
2- 您可以使用 std::multiset（或 std::multimap）代替优先级队列。它是一种树结构，可以使事物保持排序。您可以 insert 而不是 push，然后使用带有 erase 的 begin（或 rbegin）迭代器读取并删除第一个（或最后一个）元素。插入和查找 first/last 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::vector 和 std::push_heap 和 std::pop_heap 算法（连同 push_back 和pop_back 方法 std::vector)。您将获得同样高效的优先级队列，而且还可以随机访问 priority_queue 的所有元素。它们没有排序，你所知道的是你的数组中的第一个元素是最高优先级的元素，而其他元素的存储方式满足堆属性。如果您只是偶尔想按顺序读取所有元素，可以使用函数 std::sort_heap 按优先级对数组中的所有元素进行排序。函数 std::make_heap 会将您的数组 return 变为其堆状态。
请注意，std::priority_queue 默认使用 std::vector 来存储其数据。 reinterpret_cast std::priority_queue 到 std::vector 是可能的，因此您可以随机访问队列中的其他元素。但是如果它适用于你的标准库实现，它可能不适用于其他人，或者同一库的未来版本，所以我不建议你这样做！根据上面的#3，使用标准库中的算法创建自己的堆 class 更安全。