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 времени создания записи позволяло не обращать внимания на реальную длину элемента в очереди. Вместо этого мы просто организовали элементы по порядку их поступления в связный список или массив, а затем удаляли их в порядке поступления. При этом использовались две базовые операции: "добавление элемента в очередь" (называемая еще постановкой в очередь) и "удаление самого старого элемента очереди" (или вывод из очереди).

Все это замечательно, и очередь сама по себе является важной структурой данных. Однако ей присуще ограничение, заключающееся в том, что элементы обрабатываются в порядке их поступления. Предположим, что элементы нужно обрабатывать в совершенно ином порядке. Иначе говоря, требуется очередь, для которой по‑прежнему определена операция "добавления элемента", но второй операцией является не "удаление самого старого элемента", а "удаление самого большого элемента" или "удаление самого малого элемента". В этом случае упрощенный критерий упорядочения "по возрасту" желательно заменить каким‑то совершенно иным критерием. Например, предположим, что элементами очереди являются задачи, которые необходимо выполнить, и требуется извлечь задачу, обладающую наивысшим приоритетом.

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.