为什么优先级队列需要底层容器的front()、pop_back()而不是back()、pop_back()？答案

【问题标题】：Why does a priority queue require front(), pop_back() from the underlying container instead of back(), pop_back()?为什么优先级队列需要底层容器的front()、pop_back()而不是back()、pop_back()？
【发布时间】：2018-06-25 06:07:54
【问题描述】：

来自 C++ Primer 和 https://en.cppreference.com/w/cpp/container/priority_queue，我知道：

priority_queue 需要随机访问除了 front、push_back 和 pop_back 操作；

我还从 Google 阅读了这个 blog post 并知道：

push：向队列中添加一个新元素，

pop：移除队列中最大的元素，

top：访问队列中最大的元素。

push应该由push_back实现，没问题。而pop 和top 似乎在同一个元素上运行。一个是访问它，另一个是删除它。所以我觉得这两个操作应该由pop_front()和front()或者pop_back()和back()来实现。

所以我很困惑，为什么要求front()和pop_back()？

例如，假设底层容器是 vector 并带有一些 int 元素，比如 1,2,3,4,5,6。适配器接口“pop(),top()”如何与底层的“front(),pop_back()”协同工作？

【问题讨论】：

@Someprogrammerdude 我只是无法理解优先级队列的接口与（底层容器的）最小操作要求之间的联系。我的意思是，为什么最不需要的是push_back、pop_back 和front。（push_back当然很容易理解）
pop 用于删除top 元素。所以我认为底层操作也应该针对相同的元素，对吧？假设vector、pop_back() 和front() 不针对同一个元素。
我认为这是因为优先队列的实现是通过堆发生的。见stackoverflow.com/questions/2974470/…

标签： c++

【解决方案1】：

虽然priority_queue 上的pop() 最终会删除顶部元素，但它必须保持不变量，如果所有元素都简单地移动就不会发生这种情况。因此，它通过将顶部值从 front() 交换到 back() 和 pop_back()ing 来工作，然后将置换后的值与它的一个孩子交换，直到恢复不变量。

同样，push() 调用 push_back() 然后执行一系列交换，尽管方向相反。

注意：由于 C++ 使用最大堆（与常见约定相反），不变的是任何元素都必须大于它的两个子元素（如果它们存在）。由于大多数有用的问题都涉及最小堆，因此您几乎总是必须将 std::greater<> 指定为 Compare 模板参数。

【讨论】：

抱歉，我对堆知之甚少 (ಥ_ಥ)。据我所知，您是在说：例如我将1,2,3 存储在p 队列中（使用vector）。经过一些排序后，它在内部看起来像 [3][2][1]。当我调用pop时，它变成了[1][2][3]（将顶部值交换到后面）然后弹出[3]，对吗？
一般来说，插入1, 2, 3后的顺序是3, 1, 2。这是因为在插入2 之后，通过向上移动2 来恢复不变量（我称其为“滴入”，类似于下面描述的“滴入”）：2, 1。然后，您插入3 并让它滴流，所以2, 1 → 2, 1, 3 → 3, 1, 2（交换2 和3）。正如@o11c 所说，在删除时，您交换front() 和back()，执行pop_back()，然后让新的front()，“涓涓细流”，所以3, 1, 2 → 2, 1, 3 → 2, 1（完成, 不需要2 流下来，因为它已经 > 比它的（唯一的）孩子）。
@Rick 顺便说一下，你可能想看看push_heap 和pop_heap 的描述。 pq 的push() 可以实现为c.push_back()，后跟push_heap()。 pq 的pop() 可以实现为pop_heap()，后跟pop_back()。还有make_heap()，它在从迭代器范围（或initializer_list，如果有这样的构造函数）创建pq 时可能很有用——首先通过从范围复制创建容器，然后make_heap()。
@ArneVogel 您的详细解释非常有帮助。我读过一些关于堆的东西。结合答案和你的 cmets 现在我对它有一个模糊的理解。谢谢：D。