ไลบรารีแม่แบบมาตรฐานของภาษาซีพลัสพลัส/priority queue

priority_queue เป็นโครงสร้างข้อมูลที่มาการเรียงลำดับข้อมูลตลอดเวลา

การใช้งานและการประกาศตัวแปร

แก้ไข

ต้องนำเข้า header file "queue" โดย #include <queue>

การประกาศตัวแปรของ priority_queue มีได้หลากหลายรูปแบบ คือ

  1. ให้ T คือ datatype ใดๆ และ var คือชื่อตัวแปร มีรูปแบบการประกาศตัวแปร priority_queue โดย priority_queue <T> var;
  2. หากต้องการเขียน compare class เองก็จะใช้รูปแบบ priority_queue <T,vector<T>,cmpclass> var; รายละเอียด compare class อ่านที่นี่
คำอธิบาย เป็นการเพิ่มข้อมูลชนิด T ลง priority_queue เหมือนการ insert ใช้เวลา  
พารามิเตอร์ มีเพียงตัวเดียวคือข้อมูลชนิด T ที่ต้องการจะใส่ลง priority_queue
คืนค่า ไม่มี
ฟังก์ชั่นต้นแบบ void push(T);
ข้อควรระวัง ไม่มี
คำอธิบาย เป็นการลบข้อมูลชนิด T ทาง**ด้านปลาย**ของ priority_queue เหมือนการ extract ใช้เวลา  
พารามิเตอร์ ไม่มี
คืนค่า ไม่มี
ฟังก์ชั่นต้นแบบ void pop();
ข้อควรระวัง หาก size ของ priority_queue เป็น 0 จะเกิด error
คำอธิบาย เป็นการหาค่าที่อยู่**ด้านปลาย**ของ priority_queue ใช้เวลา  
พารามิเตอร์ ไม่มี
คืนค่า ข้อมูลชนิด T ที่อยู่ด้านปลายของ priority_queue
ฟังก์ชั่นต้นแบบ T top();
ข้อควรระวัง หาก size ของ priority_queue เป็น 0 จะเกิด error
คำอธิบาย เป็นการหาว่าขณะนี้ priority_queue มีขนาดเท่าไหร่ ใช้เวลา  
พารามิเตอร์ ไม่มี
คืนค่า จำนวนเต็ม บอกถึงขนาดของ priority_queue
ฟังก์ชั่นต้นแบบ int size();
ข้อควรระวัง ไม่มี
คำอธิบาย เป็นการหาว่าขณะนี้ priority_queue ว่างหรือไม่ ใช้เวลา  
พารามิเตอร์ ไม่มี
คืนค่า
  • ค่า true เมื่อ priority_queue ว่าง (ขนาดเป็น 0)
  • ค่า false เมื่อ priority_queue ไม่ว่าง (ขนาดมากกว่า 0)
ฟังก์ชั่นต้นแบบ bool empty();
ข้อควรระวัง ไม่มี

รายละเอียดเพิ่มเติม

แก้ไข

เนื่องจาก priority_queue จะทำการเรียงข้อมูลตลอดเวลา ดังนั้นจึงต้องมีเกณฑ์ในการเรียงหรือการเปรียบเทียบเกิดขึ้น เพราะ priority_queue ไม่อาจรู้ได้ว่าค่าไหนควรมาก่อนค่าไหน หากไม่มีการเปรียบเทียบเกิดขึ้น

สามารถแบ่งการประกาศ priority_queue ได้เป็น 2 รูปแบบ

  • ระบุ compare class จะเหมือนตัวอย่างที่ 2 ในหัวข้อการประกาศตัวแปร ในกรณีนี้ priority_queue จะดูว่าเกณฑ์การเปรียบเทียบค่าเป็นอย่างไรตาม compare class
  • ไม่ระบุ compare class จะเหมือนตัวอย่างที่ 1 ในหัวข้อการประกาศตัวแปร ในกรณีนี้ priority_queue จะใช้ less เป็น compare class โดยอัตโนมัติ
    • หาก datatype ที่ระบุเป็น ชนิดตัวแปรพื้นฐาน จะเป็นการเรียงแบบน้อยไปมาก
    • หาก datatype ที่ระบุเป็น std::string จะเป็นการเรียงแบบ lexicographic order
    • หาก datatype ที่ระบุเป็น struct ที่มีการ overloading operator < จะเกิดการเรียงตามที่กำหนดใน overloading operator <
    • หาก datatype ที่ระบุเป็น datatype อื่นๆซึ่ง less ไม่รู้จัก จะเกิด compilation error ขึ้น

หากการเรียงของ priority_queue เป็นการเรียงแบบน้อยไปมาก ข้อมูลด้านหน้าของ priority_queue จะมีค่าน้อยสุดไปเรื่อยๆ จนถึงข้อมูลด้านปลายมีค่ามากสุด แต่ในการใช้ top หรือ pop จะเป็นการดำเนินการกับข้อมูล**ด้านปลาย** เมื่อมีการเรียก top หรือ pop จึงเป็นการดำเนินการกับค่ามากที่สุด ฉะนั้นหากต้องการให้ top , pop ดำเนินการกับค่าอื่นๆแทน ก็ต้องเปลี่ยนวิธีการเปรียบเทียบใหม่ (เช่นต้องการให้ top , pop ดำเนินการกับค่าน้อยสุด ก็ต้องเรียงจากมากไปน้อยแทน)

การใช้ compare class

แก้ไข

compare class คือ class/struct ที่สร้างขึ้นมาเพื่อบอกให้ priority_queue รู้ว่า ข้อมูลไหนควรมาก่อน ข้อมูลไหนควรมาหลัง (จะเรียงข้อมูลอย่างไรดี) โดยทั่วไปหากไม่กำหนด compare class ให้ priority_queue จะใช้ less เป็น compare class อัตโนมัติ (นั่นคือเรียงแบบน้อยไปมาก)

หลักการเขียน compare class

แก้ไข
  • หากต้องการให้ a มาก่อน b ให้ return true
  • หากต้องการให้ b มาก่อน a ให้ return false

กรณี a สำคัญเท่า b จะ return true หรือ false ก็ได้ เพราะถ้า a กับ b สำคัญพอๆกัน อะไรจะมาก่อนมันก็ไม่สำคัญ !

ตัวอย่าง compare class โดยเรียง int

แก้ไข
struct cmpclass{
    bool operator()(int a, int b){
    	return a < b;
    }
};

จากตัวอย่าง เราสร้าง struct/class ชื่อ cmpclass ภายในมีการ overloading operator () โดยรับค่า a และ b มา กรณี a < b เราจะ return ค่า true ซึ่งก็คือการเรียงลำดับจากน้อยไปมากนั่นเอง และในกรณีนี้ หากมีการเรียกใช้ pop , top ก็จะเป็นการดำเนินการกับค่าใน priority_queue ซึ่งมากที่สุด (เหมือนใช้ less)

หากต้องการให้ pop , top ดำเนินการกับค่าน้อยสุดก็คือต้องเปลี่ยนการเรียงเป็นมากไปน้อยแทน สามารถเขียนโค้ดได้ตามนี้

struct cmpclass{
    bool operator()(int a, int b){
    	return a > b;
    }
};

==== ตัวอย่าง cmpclass โดยเรียง struct ตามค่า p จากน้อยไปมาก

struct T{
    int p,q;
};

struct cmpclass{
    bool operator()(T a, T b){
    	return a.p < b.p;
    }
};

เงี่ยนเลยเเหละ

การ Overloading Operator < ของ struct

แก้ไข

วิธีนี้ใช้ได้กับ datatype ที่เป็น struct เท่านั้น

แนวคิดวิธีนี้คือ เราสามารถกำหนดความหมายของ   ขึ้นมาเองให้กับ struct ใดๆได้ เช่น ให้ struct มีจำนวนเต็ม aa กับ bb เป็นสมาชิก เราสามารถกำหนดความหมายของ   ขึ้นมาเองให้   return ค่า true เมื่อ a.aa   b.aa เพราะฉะนั้นหาก a.aa = 3 และ b.aa = 5 จะได้ว่า   return ค่า true (เพราะ b.aa   a.aa) แต่   return ค่า false (เพราะ b.aa   a.aa)

การเขียนโค้ด เราจะ overloading operator < โดยรับ T เข้ามา จากนั้น เราจะเขียนเปรียบเทียบค่าของ T ที่เพิ่งรับเข้ามากับสมาชิกปัจจุบัน

struct T{
    int aa,bb;
    bool operator<(T p)const{
    	return aa > p.aa;
    }
};

จากโค้ดตัวอย่างเป็นการบอกว่า หาก aa ของตัวปัจจุบัน มีค่ามากกว่า aa ของ struct อีกตัวที่รับเข้ามา จะ return true

เพราะฉะนั้น เมื่อเรากำหนด   ให้ struct เรียบร้อยแล้ว เราก็ไม่จำเป็นจะต้องใช้ cmpclass อีก !

การ pass by reference

แก้ไข
  ดูเนื้อหาหลักที่ ภาษาซีพลัสพลัส/pass by reference

มีปัญหาอีกอย่างหนึ่งคือ ในกรณีที่ struct มีขนาดใหญ่มาก การส่งผ่าน struct แบบ pass by value บ่อยๆจะเสียเวลามาก ดังนั้น สามารถแก้ไขปัญหาโดย pass by reference แทน หากนำโค้ดจากตัวอย่างที่แล้วมาแก้เพิ่มจะได้ดังนี้

struct T{
    int p,q;
};

struct cmpclass{
    bool operator()(const T& a, const T& b){
    	return a.p < b.p;
    }
};

กล่าวคือ เราจะเปลี่ยน T val ไปเป็น const T& val แทน


ตัวอย่างโค้ด

แก้ไข
#include <cstdio>
#include <queue>

using namespace std;

struct ST{
    int a,b;
    bool operator<(const ST &aa)const{
    	return a < aa.a;
    }
};

int main(){
    priority_queue <int> Q;       // []
    Q.push(13);                   // [13]
    Q.push(12);                   // [12,13]
    Q.push(11);                   // [11,12,13]
    Q.push(10);                   // [10,11,12,13]
    printf("%d\n", Q.top());      // => 13
    Q.pop();                      // [10,11,12]
    printf("%d\n", Q.size());     // => 3
    while(not Q.empty()) Q.pop(); // []
    Q.pop()                       // => Error
    Q.top()                       // => Error
    
    ST tmp;
    priority_queue <ST> T;        // []
    tmp.a = 5;
    tmp.b = 3;
    T.push(tmp);                  // [(5,3)]
    tmp.a = 4;
    tmp.b = 10;
    T.push(tmp);                  // [(4,10),(5,3)]
    printf("%d\n", T.top().b);    // => 3
    return 0;
}

สารบัญ

แก้ไข
  stack
  queue
  priority_queue
  deque
  vector
  map
  set