【python cookbook】【数据结构与算法】5.实现优先级队列

问题：要实现一个队列，它能够以给定的优先级对元素排序，且每次pop操作时都会返回优先级最高的那个元素；

解决方案：采用heapq模块实现一个简单的优先级队列

# example.py
#
# Example of a priority queue

import heapq

class PriorityQueue:
    def __init__(self):
        self._queue = []
        self._index = 0

    def push(self, item, priority):
        heapq.heappush(self._queue, (-priority, self._index, item))
        self._index += 1

    def pop(self):
        return heapq.heappop(self._queue)[-1]

# Example use
class Item:
    def __init__(self, name):
        self.name = name
    def __repr__(self):
        return ‘Item({!r})‘.format(self.name)

q = PriorityQueue()
q.push(Item(‘foo‘), 1)
q.push(Item(‘bar‘), 5)
q.push(Item(‘spam‘), 4)
q.push(Item(‘grok‘), 1)

print("Should be bar:", q.pop())
print("Should be spam:", q.pop())
print("Should be foo:", q.pop())
print("Should be grok:", q.pop())

Python 3.4.0 (v3.4.0:04f714765c13, Mar 16 2014, 19:24:06) [MSC v.1600 32 bit (Intel)] on win32
Type "copyright", "credits" or "license()" for more information.
>>> ================================ RESTART ================================
>>>
Should be bar: Item(‘bar‘)
Should be spam: Item(‘spam‘)
Should be foo: Item(‘foo‘)
Should be grok: Item(‘grok‘)
>>> 

可以看出：第一次执行pop()操作时返回的元素具有最高的优先级；对于相同优先级的两个元素（foo和gork）返回的顺序同它们插入到队列时的顺序相同。

在这段代码中，队列以元组(-priority, self._index, item)的形式组成，priority取负值是为了队列按照从高到低的顺序排列，这和堆默认的从小到大的排序相反。

变量index的作用是对相同优先级的元素以适当的顺序排列，特别对同优先级的元素间做比较操作时扮演了重要的角色。

Item实例无法进行次序比较：

a=Item(‘foo‘)
b=Item(‘bar‘)
print(‘a<b: ‘,a<b)

>>>
Traceback (most recent call last):
  File "D:\4autotests\02script\python-cookbook\python-cookbook-master\src\1\5.implementing_a_priority_queue\example.py", line 27, in <module>
    print(‘a<b: ‘,a<b)
TypeError: unorderable types: Item() < Item()
>>> 

如果以元组(priority,  item)的形式来表示元素，只要优先级不同，就可进行比较：

a=(1,Item(‘foo‘))
b=(5,Item(‘bar‘))
c=(1,Item(‘gork‘))
print(‘a<b: ‘,a<b)
print(‘a<c: ‘,a<c)

>>>
a<b:  True
Traceback (most recent call last):
  File "D:\4autotests\02script\python-cookbook\python-cookbook-master\src\1\5.implementing_a_priority_queue\example.py", line 29, in <module>
    print(‘a<c: ‘,a<c)
TypeError: unorderable types: Item() < Item()
>>> 

引入额外的索引值，以(priority, index, item)的方式建立元组，就可以避免相同优先级无法比较的问题，因为没有哪两个元组会有相同的index值；

a=(1,0,Item(‘foo‘))
b=(5,1,Item(‘bar‘))
c=(1,2,Item(‘gork‘))
print(‘a<b: ‘,a<b)
print(‘a<c: ‘,a<c)

>>>
a<b:  True
a<c:  True
>>>

如果想将这个队列用于线程间通信，还需要增加适当的锁和信号机制。