問題

怎樣實(shí)現(xiàn)一個按優(yōu)先級排序的隊(duì)列？ 并且在這個隊(duì)列上面每次 pop 操作總是返回優(yōu)先級最高的那個元素

解決方案

下面的類利用 heapq 模塊實(shí)現(xiàn)了一個簡單的優(yōu)先級隊(duì)列：

import heapqclass PriorityQueue: def __init__(self): self._queue = [] self._index = 0 def push(self, item, priority): heapq.heappush(self._queue, (-priority, self._index, item)) self._index += 1 def pop(self): return heapq.heappop(self._queue)[-1]

下面是它的使用方式：

>>> class Item:... def __init__(self, name):... self.name = name... def __repr__(self):... return ’Item({!r})’.format(self.name)...>>> q = PriorityQueue()>>> q.push(Item(’foo’), 1)>>> q.push(Item(’bar’), 5)>>> q.push(Item(’spam’), 4)>>> q.push(Item(’grok’), 1)>>> q.pop()Item(’bar’)>>> q.pop()Item(’spam’)>>> q.pop()Item(’foo’)>>> q.pop()Item(’grok’)>>>

仔細(xì)觀察可以發(fā)現(xiàn)，第一個 pop() 操作返回優(yōu)先級最高的元素。 另外注意到如果兩個有著相同優(yōu)先級的元素（ foo 和 grok ），pop 操作按照它們被插入到隊(duì)列的順序返回的。

討論

這一小節(jié)我們主要關(guān)注 heapq 模塊的使用。 函數(shù) heapq.heappush() 和 heapq.heappop() 分別在隊(duì)列 _queue 上插入和刪除第一個元素， 并且隊(duì)列 _queue 保證第一個元素?fù)碛凶罡邇?yōu)先級（ 1.4 節(jié)已經(jīng)討論過這個問題）。 heappop() 函數(shù)總是返回”最小的”的元素，這就是保證隊(duì)列pop操作返回正確元素的關(guān)鍵。 另外，由于 push 和 pop 操作時間復(fù)雜度為 O(log N)，其中 N 是堆的大小，因此就算是 N 很大的時候它們運(yùn)行速度也依舊很快。

在上面代碼中，隊(duì)列包含了一個 (-priority, index, item) 的元組。 優(yōu)先級為負(fù)數(shù)的目的是使得元素按照優(yōu)先級從高到低排序。 這個跟普通的按優(yōu)先級從低到高排序的堆排序恰巧相反。

index 變量的作用是保證同等優(yōu)先級元素的正確排序。 通過保存一個不斷增加的 index 下標(biāo)變量，可以確保元素按照它們插入的順序排序。 而且， index 變量也在相同優(yōu)先級元素比較的時候起到重要作用。

為了闡明這些，先假定 Item 實(shí)例是不支持排序的：

>>> a = Item(’foo’)>>> b = Item(’bar’)>>> a < bTraceback (most recent call last):File '<stdin>', line 1, in <module>TypeError: unorderable types: Item() < Item()>>>

如果你使用元組 (priority, item) ，只要兩個元素的優(yōu)先級不同就能比較。 但是如果兩個元素優(yōu)先級一樣的話，那么比較操作就會跟之前一樣出錯：

>>> a = (1, Item(’foo’))>>> b = (5, Item(’bar’))>>> a < bTrue>>> c = (1, Item(’grok’))>>> a < cTraceback (most recent call last):File '<stdin>', line 1, in <module>TypeError: unorderable types: Item() < Item()>>>

通過引入另外的 index 變量組成三元組 (priority, index, item) ，就能很好的避免上面的錯誤， 因?yàn)椴豢赡苡袃蓚€元素有相同的 index 值。Python 在做元組比較時候，如果前面的比較已經(jīng)可以確定結(jié)果了， 后面的比較操作就不會發(fā)生了：

>>> a = (1, 0, Item(’foo’))>>> b = (5, 1, Item(’bar’))>>> c = (1, 2, Item(’grok’))>>> a < bTrue>>> a < cTrue>>>

如果你想在多個線程中使用同一個隊(duì)列，那么你需要增加適當(dāng)?shù)逆i和信號量機(jī)制。 可以查看 12.3 小節(jié)的例子演示是怎樣做的。

heapq 模塊的官方文檔有更詳細(xì)的例子程序以及對于堆理論及其實(shí)現(xiàn)的詳細(xì)說明。

以上就是Python實(shí)現(xiàn)一個優(yōu)先級隊(duì)列的方法的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于Python實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級隊(duì)列的資料請關(guān)注好吧啦網(wǎng)其它相關(guān)文章！