Очередь по приоритету

Очередь по приоритету

Фактически, упомянутый пример обусловливает название новой структуры данных, называемой очередью по приоритету. Для очереди по приоритету (priority queue) определены две базовых операции: добавление элемента (как и ранее) и извлечение элемента с наивысшим приоритетом. (Естественно, при этом предполагается, что с каждым элементом связано значение приоритета, которое легко проверить.) у читателей может возникнуть вопрос, что в данном контексте понимается под "приоритетом"? Что ж, приоритетом может быть все что угодно. В классическом понимании это численное значение, указывающее на приоритет элемента в каком-либо процессе. Примерами могут служить очереди на печать в операционных системах, очереди заданий или потоки в многопоточной среде. Если принять в качестве примера очередь печати, каждому заданию печати присваивается приоритет - значение, указывающее важность данного задания печати. Задания на печать с высоким приоритетом должны обрабатываться раньше заданий с низким приоритетом. В этом случае операционная система должна была бы завершить выполнение конкретного задания печати, обратиться к очереди печати и извлечь задание печати с наивысшим приоритетом. По мере выполнения работы в операционной системе, другие задания печати будут добавляться в очередь печати с различными приоритетами, а очередь печати обеспечит такую их организацию, чтобы при необходимости можно было определить печатное задание с наивысшим приоритетом.

Однако следует отметить, что используемое в качестве "приоритета" значение не обязательно должно быть классическим номером приоритета. Оно может иметь любой тип или значение - главное, чтобы значения были связаны отношением упорядочения, и чтобы очередь могла определить элемент с наибольшим значением. {Отношение упорядочения набора объектов - это правило, которое позволяет упорядочить объекты так, чтобы объект X был "меньше" объекта Y. Если X меньше Y, то Y не может быть меньше х. Кроме того, если X меньше Y, и Y меньше Z, то X меньше Z. Обычное упорядочение целых чисел, когда 2 меньше 3 и т.д., представляет собой пример отношения упорядочения.}

Например, значением приоритета могло бы быть имя (иначе говоря, строка), а упорядочением мог бы быть стандартный алфавитный порядок. Таким образом, вместо операции извлечения элемента с наибольшим приоритетом можно было бы использовать извлечение элемента, располагающегося раньше в алфавитном порядке (т.е. все А располагаются перед всеми В и т.д.).

Итак, очередь по приоритету должна обеспечивать (1) хранение произвольного количества элементов, (2) добавление в очередь элемента с определенным приоритетом и (3) выявление и удаление элемента с наивысшим приоритетом.

Первая простая реализация

При разработке очереди по приоритету первый атрибут (возможность хранения произвольного количества элементов) наталкивает на мысль об использовании какой-либо расширяемой структуры данных типа связного списка или расширяемого массива, такого как TList. Мы будем использовать (по крайней мере, пока) TList.

Следующий атрибут (возможность добавления элемента в очередь) легко реализовать в случае применения TList: достаточно вызвать метод Add структуры TList. Мы будем исходить из предположения, что добавляемыми в очередь по приоритету элементами будут каким-то образом описанные объекты, свойством которых является их приоритет. В результате мы получаем Достаточно простой элемент, не отвлекающий наше внимание от функциональных возможностей очереди по приоритету.

Реализация третьего атрибута (возможности отыскания наивысшего приоритета и возвращения связанного с ним объекта с удалением его из обрабатываемой очереди по приоритету) несколько сложнее, но все же сравнительно проста. По существу мы выполняем итерационный просмотр элементов структуры TList, сравнивая приоритет каждого элемента с наибольшим обнаруженным приоритетом. Если приоритет данного элемента больше наибольшего обнаруженного до этого момента приоритета, мы помечаем индекс этого элемента как нового элемента с наибольшим приоритетом и переходим к следующему элементу. Этот поиск является простым последовательным поиском. После проверки всех элементов в структуре TList мы знаем, какой их них является наибольшим (его индекс был запомнен), и просто удаляем его из TList.

Пример кода простой очереди по приоритету приведен в листинге 9.1. В нем используется функция сравнения, которая передается очереди по приоритету при ее создании, и которая сравнивает приоритеты элементов. Таким образом, самой очереди по приоритету не нужно уметь сравнивать приоритеты (и, следовательно, знать, являются ли они числами, строками или чем-либо еще): очередь просто вызывает функцию сравнения, передавая ей два элемента, приоритеты которых требуется сравнить. Обратите также внимание, что очереди не нужно знать, что представляют собой элементы. Она просто хранит их. Поэтому можно просто объявить использование указателей в очереди и при необходимости выполнять приведение типов.

Листинг 9.1. Простая очередь по приоритету, построенная на основе структуры TList type

TtdSimplePriQueuel = class private

FCompare : TtdCompareFunc;

FList : TList;

protected

function pqGetCount : integer;

public

constructor Create(aCompare : TtdCompareFunc);

destructor Destroy; override;

function Dequeue : pointer;

procedure Enqueue(aItem : pointer);

property Count : integer read pqGetCount;

end;

constructor TtdSimplePriQueuel.Create(aCompare : TdCompareFunc);

begin

inherited Create;

FCompare := aCompare;

FList := TList.Create;

end;

destructor TtdSimplePriQueuel.Destroy;

begin

FList.Free;

inherited Destroy;

end;

function TtdSimplePriQueuel.Dequeue : pointer;

var

Inx : integer;

PQCount : integer;

MaxInx : integer;

MaxItem : pointer;

begin

PQCount := Count;

if (PQCount = 0) then

Result := nil else

if (PQCount = 1) then begin

Result := FList.List^[0];

FList.Clear;

end

else begin

MaxItem := FList.List^ [0];

MaxInx := 0;

for Inx := 1 to pred(PQCount) do

if (FCompare (FList.List^ [Inx], MaxItem) > 0) then begin

MaxItem := FList.List^[Inx];

MaxInx := Inx;

end;

Result := MaxItem;

FList.List^[MaxInx] := FList.Last;

FList.Count := FList.Count - 1;

end;

end;

procedure TtdSimplePriQueuel.Enqueue(aItem : pointer);

begin

FList.Add(aItem);

end;

function TtdSimplePriQueuel.pqGetCount : integer;

begin

Result := FList.Count;

end;

Из листинга 9.1 видно, что в действительности этот класс является достаточно простым, и даже добавление в него отсутствовавшей ранее проверки на наличие ошибок не делает его громоздким. Единственный фрагмент кода, который представляет интерес - код удаления элемента: мы не вызываем метод Delete структуры данных TList (операция типа O(n)) а просто заменяем элемент, который нужно удалить, последним элементом и уменьшаем на единицу значение счетчика элементов (операция типа O(1)).

Исходный код класса TtdSimplePriQueuel можно найти на Web-сайте издательства, в разделе материалов. После выгрузки материалов отыщите среди них файл TDPriQue.pas.

После того, как мы убедились в простоте разработки создания этой очереди по приоритету, рассмотрим ее эффективность. Во-первых, добавление элемента в очередь по приоритету будет требовать постоянного времени. Иначе говоря, эта операция является операцией типа O(1). Независимо от того, содержит ли очередь ноль или тысячи элементов, добавление нового элемента будет занимать приблизительно одно и то же время: мы всего лишь дописываем его в конец списка.

Теперь рассмотрим противоположную операцию: удаление элемента. В этом случае для отыскания элемента с наивысшим приоритетом потребуется выполнить считывание всех элементов в структуре TList. Этот поиск является последовательным и, как было показано в главе 4, эта операция является операцией типа O(n). Требуемое для этого время пропорционально количеству элементов в очереди.

Таким образом, мы разработали и создали структуру данных, реализующую очередь по приоритету, в которой добавление элемента является операцией типа O(1), а удаление - операцией типа O(n). При наличии небольшого количества элементов эта структура оказывается вполне приемлемой и достаточно эффективной.

Поделитесь на страничке

Следующая глава >

Похожие главы из других книг:

Очередь диспетчеризации задач

Из книги автора

Очередь диспетчеризации задач TDE всех задач, которые могут выполняться на процессоре в любой данный момент времени, объединены в структуру данных, называемую очередью диспетчеризации задач TDQ (task dispatching queue). TDQ реализована как связный список в памяти, в котором TDE


Очередь видеомонтажа

Из книги автора

Очередь видеомонтажа Окно очереди видеомонтажа, расположенное в левой части окна Video Post (Видеомонтаж), представляет собой список событий, выполняемых последовательно сверху вниз. Если в списке присутствуют события, являющиеся дочерними по отношению к другим событиям


Двусторонняя очередь (Deque)

Из книги автора

Двусторонняя очередь (Deque) deque - вид последовательности, которая, подобно вектору, поддерживает итераторы произвольного доступа. Кроме того она поддерживает операции вставки и стирания в начале или в конце за постоянное время; вставка и стирание в середине занимают


Очередь (Queue)

Из книги автора

Очередь (Queue) Любая последовательность, поддерживающая операции front, push_back и pop_front, может использоваться для модификации queue. В частности, могут использоваться list и deque.template ‹class Container›class queue { friend bool operator==(const queue‹Container›& х, const queue‹Container›& y); friend bool operator‹(const


Очередь с приоритетами (Priority queue)

Из книги автора

Очередь с приоритетами (Priority queue) Любая последовательность, с итератором произвольного доступа и поддерживающая операции front, push_back и pop_front, может использоваться для модификации priority_queue. В частности, могут использоваться vector и deque.template ‹class Container, class Compare = less‹Container::value_type›


Глава 9. Очереди по приоритету и пирамидальная сортировка.

Из книги автора

Глава 9. Очереди по приоритету и пирамидальная сортировка. В главе 3 мы рассмотрели несколько очень простых структур данных. Одной из них была очередь. В эту структуру можно было добавлять элементы, а затем извлекать их в порядке поступления. При этом сохранение даты и


Расширение очереди по приоритету

Из книги автора

Расширение очереди по приоритету Сделав небольшое отступление для ознакомления с пирамидальной сортировкой, пора вернуться к очередям по приоритету и рассмотреть задачу расширения реализованной нами структуры данных.Мы разработали структуру данных, позволяющую


6.17. Очередь и очередь с приоритетами

Из книги автора

6.17. Очередь и очередь с приоритетами Абстракция очереди реализует метод доступа FIFO (first in, first out – “первым вошел, первым вышел”): объекты добавляются в конец очереди, а извлекаются из начала. Стандартная библиотека предоставляет две разновидности этого метода: очередь


У11.10 Модуль "очередь"

Из книги автора

У11.10 Модуль "очередь" Напишите класс, реализующий очередь (стратегию доступа "первый пришел - первый ушел", FIFO - "first in - first out"). Задайте подходящие утверждения в стиле класса STACK этой


Очередь сообщений

Из книги автора

Очередь сообщений Если вы в данный момент не подключены к Интернету, ваши сообщения будут помещаться в очередь, а потом, когда вы подключитесь, будут отправлены получателям.Для вызова окна очереди SMS выполните команду Сообщения > Очередь SMS. Появится окно c перечнем


Почему республиканский заворот «Обамакэра» бьёт в первую очередь по айтишникам Сергей Голубицкий

Из книги автора

Почему республиканский заворот «Обамакэра» бьёт в первую очередь по айтишникам Сергей Голубицкий Опубликовано 04 октября 2013 В минувшую субботу палата представителей США приняла две поправки, в очередной раз притормозившие реализацию «Закона о