C#最优队列最小堆小顶堆大顶堆小根堆大根堆PriorityQueue的使用

最优队列有多种叫法,什么小根堆,大根堆,小顶堆,大顶堆。

队列分多种,线性队列(简单队列),循环队列,最优队列等等。

最优队列,可以看作堆叠箱子,越小的越在上面,或者最大的越在上面。目的就是求出前面最值。比如最大的前3个,或最小的前3个。

framework中只能自己创建类,或者变通由sortedset等来做,现在.net6及以后有了。

下面由.net8(反正它也长期被支持了,就用它吧)。

PriorityQueue定义时要指明两个,前者是元素(对象),后者是优先级,一般是整型,如果是自定义类型,需要对这个优先级自己再定义一个比较器,以便最优队列根据这个比较得知哪个“最优”(最大或最小)。

下面创建多个结构体变量,用大量的数来入队,选取前4个(根据结构体的成员value)。

由于选4个前4个最大值,因此我们设置5为最大容量。满4后就要开始考虑出队问题。

第一种:   满4后,是先判断顶点后入队,还是直接入队出队,这两者哪个效率更优?简单测试一下:

    public struct RecSample
    {
        public int Name { get; set; }
        public int Value { get; set; }
    }

    //public class RecCompare : IComparer<RecSample>
    //{
    //    public int Compare(RecSample x, RecSample y)
    //    {
    //        return x.Value.CompareTo(y.Value);
    //    }
    //}
    internal class Program
    {
        private static void Main(string[] args)
        {
            Random r = new Random();
            List<RecSample> list = new List<RecSample>();
            for (int i = 0; i < 30; i++)
            {
                list.Add(new RecSample { Name = r.Next(0, 30), Value = r.Next(0, 30) });
            }

            // 先判断后入队
            PriorityQueue<RecSample, int> pq1 = new PriorityQueue<RecSample, int>();
            Stopwatch sw = Stopwatch.StartNew();
            for (int i = 0; i < 30000000; i++)
            {
                foreach (var item in list)
                {
                    if (pq1.Count < 5)
                        pq1.Enqueue(item, item.Value);
                    else if (item.Value > pq1.Peek().Value)
                        pq1.EnqueueDequeue(item, item.Value);
                }
            }
            sw.Stop();
            Console.WriteLine("先判断后入队耗时:" + sw.ElapsedMilliseconds);

            // 直接入队再出队
            PriorityQueue<RecSample, int> pq2 = new PriorityQueue<RecSample, int>();
            sw.Restart();
            for (int i = 0; i < 30000000; i++)
            {
                foreach (var item in list)
                {
                    if (pq2.Count < 5)
                        pq2.Enqueue(item, item.Value);
                    else
                        pq2.EnqueueDequeue(item, item.Value);
                }
            }
            sw.Stop();
            Console.WriteLine("直接入队再出队耗时:" + sw.ElapsedMilliseconds);

            Console.ReadKey();
        }
    }

多次结果都是后者更优。看来是杞人忧天,不需要再去什么顶点判断,直接入队出队。

第二种:平常我们都是入队出队分成两步使用,比如queue<T>,出队Dequeue,入队Enqueue。现在PriorityQueue里面把两者结合合并,要么直接入队出队DequeueEnqueue,要会出队入队EnqueueDequeue。

现在简单测试分两步,与两步结合的情况:

    public struct RecSample
    {
        public int Name { get; set; }
        public int Value { get; set; }
    }

    //public class RecCompare : IComparer<RecSample>
    //{
    //    public int Compare(RecSample x, RecSample y)
    //    {
    //        return x.Value.CompareTo(y.Value);
    //    }
    //}
    internal class Program
    {
        private static void Main(string[] args)
        {
            Random r = new Random();
            List<RecSample> list = new List<RecSample>();
            for (int i = 0; i < 30; i++)
            {
                list.Add(new RecSample { Name = r.Next(0, 30), Value = r.Next(0, 30) });
            }

            // 先判断后入队
            PriorityQueue<RecSample, int> pq1 = new PriorityQueue<RecSample, int>();
            Stopwatch sw = Stopwatch.StartNew();
            for (int i = 0; i < 30000000; i++)
            {
                foreach (var item in list)
                {
                    if (pq1.Count < 5)
                    {
                        pq1.Enqueue(item, item.Value);
                    }
                    else
                    {
                        pq1.Enqueue(item, item.Value);
                        pq1.Dequeue();
                    }
                }
            }
            sw.Stop();
            Console.WriteLine("先判断后入队耗时:" + sw.ElapsedMilliseconds);

            // 直接入队再出队
            PriorityQueue<RecSample, int> pq2 = new PriorityQueue<RecSample, int>();
            sw.Restart();
            for (int i = 0; i < 30000000; i++)
            {
                foreach (var item in list)
                {
                    if (pq2.Count < 5)
                        pq2.Enqueue(item, item.Value);
                    else
                        pq2.EnqueueDequeue(item, item.Value);
                }
            }
            sw.Stop();
            Console.WriteLine("直接入队再出队耗时:" + sw.ElapsedMilliseconds);

            Console.ReadKey();
        }
    }

结果是分两步还费时,结合效率更高。

下面截图就没有修改提示语了,自已结合代码看看吧。

结论:不用想当然,微软已经考虑了方方面面,所以直接使用吧,它既然有结合的,还有所考虑的,有时当傻瓜也是一种福气。

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