Wenxin Yiyan VS Xunfei Xinghuo VS chatgpt (68) – Einführung in Algorithmen 6.5 7 Fragen

In einem Wort:

Eine Prioritätswarteschlange ist eine Datenstruktur, in der jedes Element eine zugehörige Priorität oder Gewichtung hat. In einer Prioritätswarteschlange werden Elemente nach ihrer Priorität sortiert, sodass niedrigere Prioritäten zuerst verarbeitet werden. Daher können wir Prioritätswarteschlangen verwenden, um First-In-First-Out-Warteschlangen zu implementieren.

Um eine First-In-First-Out-Warteschlange zu implementieren, können wir die Einfügereihenfolge der Elemente als Priorität verwenden. Das heißt, wenn wir ein Element aus der Prioritätswarteschlange entfernen, sollten wir das zuerst eingefügte Element entfernen. Hier ist ein Beispiel für die Implementierung einer First-In-First-Out-Warteschlange mithilfe einer Prioritätswarteschlange:

class Queue:  
    def __init__(self):  
        self.queue = []  
  
    def enqueue(self, item):  
        self.queue.append(item)  
  
    def dequeue(self):  
        if len(self.queue) == 0:  
            return None  
        else:  
            return self.queue.pop(0)

Um einen Stack mithilfe einer Prioritätswarteschlange zu implementieren, können wir den folgenden Algorithmus verwenden:

1. Erstellen Sie eine leere Prioritätswarteschlange.

2. Wenn ein Element eingefügt werden muss, fügen Sie es in die Prioritätswarteschlange ein.

3. Wenn ein Element gelöscht werden muss, löschen Sie das Element mit der höchsten Priorität aus der Prioritätswarteschlange.

Hier ist ein Beispiel für die Implementierung eines Stapels mithilfe einer Prioritätswarteschlange:

class stack:  
    def __init__(self):  
        self.queue = []  
  
    def push(self, item):  
        self.queue.append(item)  
  
    def pop(self):  
        if len(self.queue) == 0:  
            return None  
        else:  
            return self.queue.pop(0)

Beachten Sie, dass wir in diesem Beispiel denselben Code zum Implementieren der Push- und Pop-Operationen des Stapels verwenden, wie wir die First-In-First-Out-Warteschlange implementiert haben. Dies liegt daran, dass wir in diesem Beispiel dieselbe zugrunde liegende Datenstruktur (d. h. eine Python-Liste) verwenden, um sowohl die Warteschlange als auch den Stapel zu implementieren. Wenn wir unterschiedliche Datenstrukturen zum Implementieren von Warteschlangen und Stapeln verwenden, müssen wir unterschiedliche Betriebsmethoden implementieren.

Xunfei Spark:

Eine Prioritätswarteschlange ist eine Datenstruktur, die das Abrufen des größten Elements in der Warteschlange jederzeit unterstützt. In einer Prioritätswarteschlange erhalten Elemente Priorität. Beim Zugriff auf Elemente wird zuerst das Element mit der höchsten Priorität entfernt. Die Prioritätswarteschlange weist die Verhaltensmerkmale „First Out“ (First In, Maximum Out) der höchsten Ebene auf.

Die Methode zum Implementieren einer First-In-First-Out-Warteschlange mithilfe einer Prioritätswarteschlange besteht darin, ein Element mit einem kleineren Wert zu speichern, wenn es in die Prioritätswarteschlange eingefügt wird. Auf diese Weise wird jedes Mal, wenn ein Element aus der Warteschlange entfernt wird, das Element mit der höchsten Priorität zurückgegeben.

Die Möglichkeit, einen Stapel mithilfe einer Prioritätswarteschlange zu implementieren, besteht darin, jede Operation im Stapel als Element zu behandeln und sie mit einem größeren Wert zu speichern. Auf diese Weise wird jedes Mal, wenn ein Element vom Stapel entfernt wird, das Element mit der niedrigsten Priorität zurückgegeben.

360 Smart Brain:

Der Beispielcode für die Implementierung einer First-In-First-Out-Warteschlange mithilfe einer Prioritätswarteschlange lautet wie folgt:

class PriorityQueue: 

    def __init__(self): 

        self.items = [] 

        self.max_size = 0 

        self.current_index = 0 

 

    def insert(self, item): 

        if self.max_size == len(self.items):  

            new_list = [] 

        else: 

            new_list = self.items[:self.max_size] + [item] * (self.max_size - len(self.items)) 

        self.items.append(new_list) 

        self.current_index += 1 

 

    def pop(self): 

        return self.items[-1] if self.current_index >= len(self.items) else self.items[-2] 

 

    def peek(self): 

        return self.items[-1] if self.current_index >= len(self.items) else None 

 

    def size(self): 

        return len(self.items) 

Ein Beispielcode zum Implementieren eines Stapels mithilfe einer Prioritätswarteschlange lautet wie folgt:

class Stack: 

    def __init__(self): 

        self.items = [] 

        self.max_size = 0 

        self.current_size = 0 

 

    def push(self, item): 

        if self.max_size == len(self.items):  

            new_list = [] 

        else: 

            new_list = self.items[:self.max_size] + [item] * (self.max_size - len(self.items)) 

        self.items.append(new_list) 

        self.current_size += 1 

 

    def pop(self): 

        if not self.is_empty(): 

            return self.items.pop() 

        else: 

            return None 

 

    def is_empty(self): 

        return self.current_size == 0 

 

    def size(self): 

        return self.current_size 

chatglm:

Die Prioritätswarteschlange (Priority Queue) ist eine Datenstruktur, die nach der Priorität der Elemente sortiert werden kann. Es kann verwendet werden, um Funktionen wie First-In-First-Out-Warteschlange (FIFO) und Stapel (Stack) zu implementieren.

So implementieren Sie eine First-In-First-Out-Warteschlange mithilfe einer Prioritätswarteschlange:

1. Definieren Sie eine Prioritätswarteschlangenklasse, die eine Prioritätswarteschlange (Heap) und einen Zeiger (Kopf) enthält, der die Position des Kopfelements angibt.

2. Initialisieren Sie die Prioritätswarteschlange und zeigen Sie mit dem Kopfzeiger (Kopf) auf das erste Element.

3. Implementieren Sie den Enqueue-Vorgang, setzen Sie die Priorität des neuen Elements auf die Priorität des Kopfelements plus einen festen Wert (z. B. 1) und fügen Sie dann das neue Element in die Prioritätswarteschlange ein. Wenn die Priorität des neuen Elements höher ist als die des Kopfelements, aktualisieren Sie den Kopfzeiger (Kopf), sodass er auf das neue Element zeigt.

4. Um den Vorgang zum Entfernen aus der Warteschlange zu realisieren, entfernen Sie zuerst das Kopfelement aus der Warteschlange und bewegen Sie dann den Kopfzeiger (Kopf) um eine Elementposition nach hinten. Wenn der Kopfzeiger (Head) das Ende der Warteschlange erreicht hat, muss die Position des Kopfzeigers (Head) neu angepasst werden.

So implementieren Sie einen Stack mithilfe einer Prioritätswarteschlange:

1. Definieren Sie eine Prioritätswarteschlangenklasse, die eine Prioritätswarteschlange (Heap) und einen Zeiger (oben) enthält, der die Position des obersten Elements des Stapels angibt.

2. Initialisieren Sie den Stapel und zeigen Sie mit dem oberen Zeiger (oben) auf ein leeres Element.

3. Implementieren Sie die Push-Operation, setzen Sie die Priorität des neuen Elements auf die Priorität des obersten Elements des Stapels plus einen festen Wert (z. B. 1) und fügen Sie dann das neue Element in die Prioritätswarteschlange ein. Wenn die Priorität des neuen Elements höher ist als die des obersten Elements des Stapels, aktualisieren Sie den oberen Zeiger (oben) des Stapels so, dass er auf das neue Element zeigt.

4. Um die Pop-Operation zu implementieren, entfernen Sie zuerst das oberste Element aus dem Stapel und bewegen Sie dann den oberen Zeiger (oben) um ein Element nach unten. Wenn der obere Stapelzeiger (oben) den unteren Rand des Stapels erreicht hat, müssen Sie die Position des oberen Stapelzeigers (oben) neu anpassen.

Es ist zu beachten, dass bei der Verwendung von Prioritätswarteschlangen zum Implementieren von Stapeln und Warteschlangen kein zusätzlicher Speicherplatz zum Speichern von Stapel- und Warteschlangeninformationen erforderlich ist, da die Prioritätswarteschlange selbst bereits die Prioritätsinformationen aller Elemente enthält. Im Vergleich zur Verwendung von Datenstrukturen wie Arrays oder verknüpften Listen zur Implementierung von Stapeln und Warteschlangen weist diese Implementierungsmethode eine höhere Speicherplatzeffizienz auf.

Tongyi Qianqian:

Die Verwendung von Prioritätswarteschlangen zur Implementierung von First-In-First-Out-Warteschlangen kann die folgenden Methoden verwenden:

1. Definieren Sie eine Prioritätswarteschlange, in der die Elemente Knotenstrukturen sind, einschließlich eines Schlüsselwerts und eines Werts.

2. Definieren Sie eine Warteschlange, deren Elemente Knotenstrukturen sind.

3. Wenn ein Element zur Warteschlange hinzugefügt werden soll, vergleichen Sie zunächst seinen Schlüsselwert mit dem Schlüsselwert der vorhandenen Elemente in der Warteschlange. Wenn der Schlüsselwert kleiner als der Schlüsselwert der vorhandenen Elemente in der Warteschlange ist, stellen Sie ihn ein neues Element am Ende der Warteschlange; andernfalls werden die vorhandenen Elemente in die Warteschlange am Ende der Prioritätswarteschlange gestellt und die neuen Elemente dann am Ende der Warteschlange platziert.

4. Wenn das Warteschlangenkopfelement abgerufen werden muss, rufen Sie zuerst das Warteschlangenkopfelement aus der Prioritätswarteschlange und dann das Warteschlangenkopfelement aus der Warteschlange ab.

Die Implementierung eines Stapels mithilfe einer Prioritätswarteschlange kann die folgenden Methoden verwenden:

1. Definieren Sie eine Prioritätswarteschlange, in der die Elemente Knotenstrukturen sind, einschließlich eines Schlüsselwerts und eines Werts.

2. Definieren Sie einen Zeiger auf den Kopf der Warteschlange.

3. Wenn ein Element zum Stapel hinzugefügt werden soll, vergleichen Sie seinen Schlüsselwert mit dem Schlüsselwert der vorhandenen Elemente in der Warteschlange. Wenn der Schlüsselwert kleiner als der Schlüsselwert der vorhandenen Elemente in der Warteschlange ist, stellen Sie den neuen ein Element am Ende der Warteschlange; andernfalls werden die vorhandenen Elemente in der Warteschlange in das Ende der Prioritätswarteschlange gestellt, und dann werden die neuen Elemente in das Ende der Warteschlange gestellt.

4. Wenn das Stapelkopfelement entfernt werden muss, wird das Warteschlangenkopfelement aus der Prioritätswarteschlange abgerufen und dann das Warteschlangenkopfelement aus der Warteschlange entfernt.

Tiangong:

1. Implementierung der First-In-First-Out-Warteschlange

Eine Prioritätswarteschlange ist eine spezielle Warteschlange, die nach der Priorität der Elemente sortiert werden kann, um die First-In-First-Out-Funktion zu erreichen. In der Prioritätswarteschlange hat jedes Element eine Priorität, und Elemente mit höherer Priorität werden zuerst entfernt.

Das Folgende ist ein Beispielcode einer First-In-First-Out-Warteschlange, die auf der Grundlage einer Prioritätswarteschlange implementiert wird:

import heapq

class FIFOQueue:
    def __init__(self):
        self.queue = []

    def enqueue(self, item, priority):
        heapq.heappush(self.queue, (priority, item))

    def dequeue(self):
        return heapq.heappop(self.queue)[1]

In diesem Beispielcode verwenden wir das integrierte Modul von Python heapq,In heappush Mit der Funktion werden Elemente am Ende der Warteschlange eingefügt und nach ihrer Priorität sortiert;heappop Die Funktion wird verwendet, um das Element mit der niedrigsten Priorität in die Warteschlange zu stellen und den Wert des Elements zurückzugeben.

2. Implementierung des Stacks

Ein Stack ist eine spezielle Datenstruktur mit der Last-In-First-Out-Eigenschaft (LIFO). Im Stapel ist das zuletzt eingegebene Element das erste, auf das zugegriffen wird.

Das Folgende ist ein Beispielcode für einen Stack, der auf Basis einer Prioritätswarteschlange implementiert wird:

import heapq

class Stack:
    def __init__(self):
        self.queue = []

    def push(self, item):
        heapq.heappush(self.queue, item)

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

In diesem Beispielcode verwenden wir das integrierte Modul von Python heapq,In heappraise Mit der Funktion werden Elemente am Ende des Stapels eingefügt, sortiert nach der Priorität der Elemente.Da der Stapel eine Last-In-First-Out-Datenstruktur ist, können wir ihn verwenden heappop Funktion zum Öffnen des obersten Elements des Stapels.

chatgpt:

Verwenden Sie eine Prioritätswarteschlange, um eine First-In-First-Out-Warteschlange zu implementieren:

In einer Prioritätswarteschlangenimplementierung ist jedem Element eine Priorität zugeordnet. Um die First-In-First-Out-Warteschlange zu realisieren, kann die Reihenfolge, in der Elemente in die Warteschlange gelangen, als Priorität verwendet werden. Das heißt, je früher das Element in die Warteschlange eintritt, desto höher ist die Priorität.

1. Erstellen Sie eine Prioritätswarteschlange und implementieren Sie den Enqueue-Vorgang:

• Wann immer ein Element in die Warteschlange eingereiht werden muss, wird es mit der Reihenfolge, in der es in die Warteschlange eingereiht wurde, als Priorität eingefügt.

2. Realisieren Sie den Vorgang zum Entfernen aus der Warteschlange:

• Bei einer First-In-First-Out-Warteschlange sollte jeder Entnahmevorgang das früheste in der Warteschlange eingereihte Element zurückgeben.

• Dies kann erreicht werden, indem das Element mit der höchsten Priorität aus der Prioritätswarteschlange entnommen wird.

• Um die First-In-First-Out-Funktion zu implementieren, kann die Reihenfolge, in der Elemente in die Warteschlange gestellt werden, als Priorität verwendet und als zusätzliche Daten im Element gespeichert werden.

• Wenn Sie aus der Warteschlange entfernen müssen, müssen Sie nur das Element mit der höchsten Priorität und der frühesten Einreihungsreihenfolge aus der Prioritätswarteschlange entfernen.

Implementieren Sie einen Stack mithilfe einer Prioritätswarteschlange:

Obwohl Prioritätswarteschlangen normalerweise nach der Priorität von Elementen sortiert werden, können Sie Prioritätswarteschlangen zum Implementieren von Stapeln verwenden, indem Sie die Regeln für die Warteschlangeneinreihung ändern.

1. Erstellen Sie eine Prioritätswarteschlange und implementieren Sie den Push-Vorgang:

• Immer wenn ein Element auf den Stapel verschoben werden muss, wird es in die Warteschlange eingefügt und ihm wird eine Priorität zugewiesen.

• In diesem Fall kann die Priorität einfach eine steigende Ganzzahl sein, die die Reihenfolge angibt, in der Elemente auf dem Stapel eingegeben werden.

2. Realisieren Sie die Stapeloperation:

• Für die Stapeldatenstruktur hoffen wir, dass jede Pop-Operation das letzte in den Stapel verschobene Element zurückgibt.

• Dies kann erreicht werden, indem die Priorität dynamisch festgelegt wird, wenn ein Element zur Prioritätswarteschlange hinzugefügt wird.

• Wenn ein Element entfernt werden muss, wird es auf das Element mit der höchsten Priorität gesetzt und ist somit das nächste zu entfernende Element.

• Wenn Sie den Stapel öffnen, entfernen Sie einfach das Element mit der höchsten Priorität aus der Prioritätswarteschlange.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Prioritätswarteschlangen zur Implementierung von First-In-First-Out-Warteschlangen und -Stacks durch Anpassen der Enqueue-Regeln verwendet werden können.