【算法】priority_queue在力扣题中的应用 | 力扣692 | 力扣347 | 力扣295 【超详细的注释和算法解释】

 

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说在前面的话

博主也好长一段时间没有更新力扣的刷题系列了，今天给大家带来一些优先队列的经典题目，今天博主还是用C++给大家讲解，希望大家可以从中学到一些东西。

前言

那么这里博主先安利一下一些干货满满的专栏啦！

手撕数据结构https://blog.csdn.net/yu_cblog/category_11490888.html?spm=1001.2014.3001.5482这里包含了博主很多的数据结构学习上的总结，每一篇都是超级用心编写的，有兴趣的伙伴们都支持一下吧！
算法专栏https://blog.csdn.net/yu_cblog/category_11464817.html这里是STL源码剖析专栏，这个专栏将会持续更新STL各种容器的模拟实现。

STL源码剖析https://blog.csdn.net/yu_cblog/category_11983210.html?spm=1001.2014.3001.5482

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priority_queue 优先队列

优先队列的底层实现就是数据结构的堆。其中，小顶堆可以不断更新数组里的最小值，大顶堆可以不断更新数组里的最大值，push和pop自带排序功能，经常用来解决TopK问题。

如果大家有需要数据结构堆的实现可以通过博主的传送门食用噢~

【堆】数据结构-堆的实现【超详细的数据结构教学】https://blog.csdn.net/Yu_Cblog/article/details/124944614

692.前K个高频单词

 看到频率，我们很自然可以想到哈希表，我们可以用哈希表记录每个单词出现的次数。看到前K个，可以断定这是一个topK问题，我们需要用到优先队列。但是，哈希表是单向的映射，因此我们还需要用到数据结构pair，这里博主自己实现了一个pair，整体代码如下：

class Pair {
public:
    Pair(string e1, int e2)
        :_e1(e1), _e2(e2) {}
 
    string _e1;
    int _e2;
 
    bool operator<(const Pair& p) const
    {
        if (_e2 != p._e2)
            return this->_e2 < p._e2;
        //此时两个出现次数相等
        return this->_e1 > p._e1;
    }
};
struct cmp
{
    bool operator()(const Pair& f1, const Pair& f2)
    {
        return f1 < f2;
    }
};
class Solution {
private:
    bool is_inArr(string s, vectorarr) {
        for (int i = 0; i < arr.size(); i++) {
            if (arr[i]._e1 == s)return true;
        }
        return false;
    }
public:
    vector topKFrequent(vector& words, int k) {
        vectorret;
        unordered_mapint>hash;
        for (int i = 0; i < words.size(); i++) {
            ++hash[words[i]];
        }
        vectorarr;
        for (int i = 0; i < words.size(); i++) {
            Pair tmp(words[i], hash[words[i]]);
            if (!is_inArr(words[i], arr))
                arr.push_back(tmp);
        }
        priority_queue, cmp>pq;
        //初始化优先队列
        for (int i = 0; i < arr.size(); i++) {
            pq.push(arr[i]);
        }
        while (k--) {
            Pair tmp = pq.top();
            pq.pop();
            ret.push_back(tmp._e1);
        }
        return ret;
    }
};

347.前K个高频元素

这题和上一题思路完全一样，这里直接给出代码：

class Pair {
public:
    Pair(int e1, int e2)
        :_e1(e1), _e2(e2) {}
 
    int _e1;
    int _e2;
 
    bool operator<(const Pair& p) const
    {
        if (_e2 != p._e2)
            return this->_e2 < p._e2;
        //此时两个出现次数相等
        return this->_e1 > p._e1;
    }
};
struct cmp
{
    bool operator()(const Pair& f1, const Pair& f2)
    {
        return f1 < f2;
    }
};
class Solution {
private:
    bool is_inArr(int s, vectorarr) {
        for (int i = 0; i < arr.size(); i++) {
            if (arr[i]._e1 == s)return true;
        }
        return false;
    }
public:
    vector<int> topKFrequent(vector<int>& nums, int k) {
        vector<int>ret;
        unordered_map<int, int>hash;
        for (int i = 0; i < nums.size(); i++) {
            ++hash[nums[i]];
        }
        vectorarr;
        for (int i = 0; i < nums.size(); i++) {
            Pair tmp(nums[i], hash[nums[i]]);
            if (!is_inArr(nums[i], arr))
                arr.push_back(tmp);
        }
        priority_queue, cmp>pq;
        for (int i = 0; i < arr.size(); i++) {
            pq.push(arr[i]);
        }
        while (k--) {
            Pair tmp = pq.top();
            pq.pop();
            ret.push_back(tmp._e1);
        }
        return ret;
    }
};

295.数据流的中位数

比较容易想到的思路，用一个堆，取出中间的数：

class MedianFinder {
private:
    priority_queue<int>pq;
public:
    MedianFinder() {
        
    }
 
    void addNum(int num) {
        pq.push(num);
    }
 
    double findMedian() {
        priority_queue<int>pq_tmp = pq;
        if (pq.size() % 2 == 0) {
            for (int i = 0; i < pq.size() / 2 - 1; i++) {
                pq_tmp.pop();
            }
            //现在接下来的两个就是要用的了
            int num1 = pq_tmp.top();
            pq_tmp.pop();
            int num2 = pq_tmp.top();
            pq_tmp.pop();
            return (num1 + num2) / 2.0;
        }
        else {
            for (int i = 0; i < pq.size() / 2; i++) {
                pq_tmp.pop();
            }
            return pq_tmp.top();
        }
    }
};

这个版本是无法通过的，虽然用了优先队列很大程度降低了时间复杂度，但是因为中间有拷贝过程，开销还是很大的，这样提交会超时。

用两个优先队列实现：

直接开两个堆
queMax记录比中位数大的 -- 是个小堆 -- 可以得到queMax的最小值
queMin记录比中位数小的 -- 是个大堆 -- 可以得到queMin的最大值
插入过程中保证 -- queMin的大小和queMax一样 或者queMin大小比queMax大小大1
如果queMin过大， 把其中最大的那个数插入到queMax中去
queMax过大同理
如果最后queMin.size()==queMax.size() 则中位数就是两个堆顶的平均
如果queMin.size()==queMax.size()+1 则中位数是queMin.top()

 

 

class MedianFinder {
public:
    priority_queue<int, vector<int>, less<int>> queMin;
    priority_queue<int, vector<int>, greater<int>> queMax;
 
    MedianFinder() {}
 
    void addNum(int num) {
        if (queMin.empty() || num <= queMin.top()) {
            queMin.push(num);
            if (queMax.size() + 1 < queMin.size()) {
                queMax.push(queMin.top());
                queMin.pop();
            }
        }
        else {
            queMax.push(num);
            if (queMax.size() > queMin.size()) {
                queMin.push(queMax.top());
                queMax.pop();
            }
        }
    }
 
    double findMedian() {
        if (queMin.size() > queMax.size()) {
            return queMin.top();
        }
        return (queMin.top() + queMax.top()) / 2.0;
    }
};

总结

看到这里 相信大家对这几道题的解题方法已经有了一定的理解了吧？如果你感觉这篇文章对你有帮助的话，希望你可以持续关注，订阅专栏，点赞收藏都是我创作的最大动力！

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