京公网安备 11010802034615号
经营许可证编号:京B2-20210330
Python实现优先级队列结构的方法详解
最简单的实现
一个队列至少满足2个方法,put和get.
借助最小堆来实现.
这里按"值越大优先级越高"的顺序.
#coding=utf-8
from heapq import heappush, heappop
class PriorityQueue:
def __init__(self):
self._queue = []
def put(self, item, priority):
heappush(self._queue, (-priority, item))
def get(self):
return heappop(self._queue)[-1]
q = PriorityQueue()
q.put('world', 1)
q.put('hello', 2)
print q.get()
print q.get()

使用heapq模块来实现
下面的类利用 heapq 模块实现了一个简单的优先级队列:
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]
下面是它的使用方式:
>>> 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)
>>> q.pop()
Item('bar')
>>> q.pop()
Item('spam')
>>> q.pop()
Item('foo')
>>> q.pop()
Item('grok')
>>>
仔细观察可以发现,第一个 pop() 操作返回优先级最高的元素。 另外注意到如果两个有着相同优先级的元素( foo 和 grok ),pop操作按照它们被插入到队列的顺序返回的。
函数 heapq.heappush() 和 heapq.heappop() 分别在队列 _queue 上插入和删除第一个元素, 并且队列_queue保证第一个元素拥有最小优先级(1.4节已经讨论过这个问题)。 heappop() 函数总是返回”最小的”的元素,这就是保证队列pop操作返回正确元素的关键。 另外,由于push和pop操作时间复杂度为O(log N),其中N是堆的大小,因此就算是N很大的时候它们运行速度也依旧很快。
在上面代码中,队列包含了一个 (-priority, index, item) 的元组。 优先级为负数的目的是使得元素按照优先级从高到低排序。 这个跟普通的按优先级从低到高排序的堆排序恰巧相反。
index 变量的作用是保证同等优先级元素的正确排序。 通过保存一个不断增加的 index 下标变量,可以确保元素按照它们插入的顺序排序。 而且, index 变量也在相同优先级元素比较的时候起到重要作用。
为了阐明这些,先假定Item实例是不支持排序的:
>>> a = Item('foo')
>>> b = Item('bar')
>>> a < b
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: unorderable types: Item() < Item()
>>>
如果你使用元组 (priority, item) ,只要两个元素的优先级不同就能比较。 但是如果两个元素优先级一样的话,那么比较操作就会跟之前一样出错:
>>> a = (1, Item('foo'))
>>> b = (5, Item('bar'))
>>> a < b
True
>>> c = (1, Item('grok'))
>>> a < c
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: unorderable types: Item() < Item()
>>>
通过引入另外的 index 变量组成三元组 (priority, index, item) ,就能很好的避免上面的错误, 因为不可能有两个元素有相同的 index 值。Python在做元组比较时候,如果前面的比较以及可以确定结果了, 后面的比较操作就不会发生了:
>>> a = (1, 0, Item('foo'))
>>> b = (5, 1, Item('bar'))
>>> c = (1, 2, Item('grok'))
>>> a < b
True
>>> a < c
True
>>>
如果你想在多个线程中使用同一个队列,那么你需要增加适当的锁和信号量机制。 可以查看12.3小节的例子演示是怎样做的。
深入思考
函数 heapq.heappush() 和 heapq.heappop() 分别在队列 _queue 上插入和删除第一个元素, 并且队列_queue保证第一个元素拥有最小优先级(1.4节已经讨论过这个问题)。 heappop() 函数总是返回”最小的”的元素,这就是保证队列pop操作返回正确元素的关键。 另外,由于push和pop操作时间复杂度为O(log N),其中N是堆的大小,因此就算是N很大的时候它们运行速度也依旧很快。
在上面代码中,队列包含了一个 (-priority, index, item) 的元组。 优先级为负数的目的是使得元素按照优先级从高到低排序。 这个跟普通的按优先级从低到高排序的堆排序恰巧相反。
index 变量的作用是保证同等优先级元素的正确排序。 通过保存一个不断增加的 index 下标变量,可以确保元素按照它们插入的顺序排序。 而且, index 变量也在相同优先级元素比较的时候起到重要作用。
为了阐明这些,先假定Item实例是不支持排序的:
>>> a = Item('foo')
>>> b = Item('bar')
>>> a < b
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: unorderable types: Item() < Item()
>>>
如果你使用元组 (priority, item) ,只要两个元素的优先级不同就能比较。 但是如果两个元素优先级一样的话,那么比较操作就会跟之前一样出错:
>>> a = (1, Item('foo'))
>>> b = (5, Item('bar'))
>>> a < b
True
>>> c = (1, Item('grok'))
>>> a < c
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: unorderable types: Item() < Item()
>>>
通过引入另外的 index 变量组成三元组 (priority, index, item) ,就能很好的避免上面的错误, 因为不可能有两个元素有相同的 index 值。Python在做元组比较时候,如果前面的比较以及可以确定结果了, 后面的比较操作就不会发生了:
>>> a = (1, 0, Item('foo'))
>>> b = (5, 1, Item('bar'))
>>> c = (1, 2, Item('grok'))
>>> a < b
True
>>> a < c
True
>>>
如果你想在多个线程中使用同一个队列,那么你需要增加适当的锁和信号量机制。 可以查看12.3小节的例子演示是怎样做的。
heapq 模块的官方文档有更详细的例子程序以及对于堆理论及其实现的详细说明。
数据分析咨询请扫描二维码
若不方便扫码,搜微信号:CDAshujufenxi
金融统计不是单纯的 “数据计算”,而是贯穿金融业务全流程的 “风险量化工具”—— 从信贷审批中的客户风险评估,到投资组合的 ...
2025-11-11这个问题很有实战价值,mtcars 数据集是多元线性回归的经典案例,通过它能清晰展现 “多变量影响分析” 的核心逻辑。核心结论是 ...
2025-11-11在数据驱动成为企业核心竞争力的今天,“不知道要什么数据”“分析结果用不上” 是企业的普遍困境 —— 业务部门说 “要提升销量 ...
2025-11-11在大模型(如 Transformer、CNN、多层感知机)的结构设计中,“每层神经元个数” 是决定模型性能与效率的关键参数 —— 个数过少 ...
2025-11-10形成购买决策的四个核心推动力的是:内在需求驱动、产品价值感知、社会环境影响、场景便捷性—— 它们从 “为什么买”“值得买吗 ...
2025-11-10在数字经济时代,“数字化转型” 已从企业的 “可选动作” 变为 “生存必需”。然而,多数企业的转型仍停留在 “上线系统、收集 ...
2025-11-10在数据分析与建模中,“显性特征”(如用户年龄、订单金额、商品类别)是直接可获取的基础数据,但真正驱动业务突破的往往是 “ ...
2025-11-07在大模型(LLM)商业化落地过程中,“结果稳定性” 是比 “单次输出质量” 更关键的指标 —— 对客服对话而言,相同问题需给出一 ...
2025-11-07在数据驱动与合规监管双重压力下,企业数据安全已从 “技术防护” 升级为 “战略刚需”—— 既要应对《个人信息保护法》《数据安 ...
2025-11-07在机器学习领域,“分类模型” 是解决 “类别预测” 问题的核心工具 —— 从 “垃圾邮件识别(是 / 否)” 到 “疾病诊断(良性 ...
2025-11-06在数据分析中,面对 “性别与购物偏好”“年龄段与消费频次”“职业与 APP 使用习惯” 这类成对的分类变量,我们常常需要回答: ...
2025-11-06在 CDA(Certified Data Analyst)数据分析师的工作中,“可解释性建模” 与 “业务规则提取” 是核心需求 —— 例如 “预测用户 ...
2025-11-06在分类变量关联分析中(如 “吸烟与肺癌的关系”“性别与疾病发病率的关联”),卡方检验 P 值与 OR 值(比值比,Odds Ratio)是 ...
2025-11-05CDA 数据分析师的核心价值,不在于复杂的模型公式,而在于将数据转化为可落地的商业行动。脱离业务场景的分析只是 “纸上谈兵” ...
2025-11-05教材入口:https://edu.cda.cn/goods/show/3151 “纲举目张,执本末从。” 若想在数据分析领域有所收获,一套合适的学习教材至 ...
2025-11-05教材入口:https://edu.cda.cn/goods/show/3151 “纲举目张,执本末从。” 若想在数据分析领域有所收获,一套合适的学习教材至 ...
2025-11-04【2025最新版】CDA考试教材:CDA教材一级:商业数据分析(2025)__商业数据分析_cda教材_考试教材 (cdaglobal.com) ...
2025-11-04在数字化时代,数据挖掘不再是实验室里的技术探索,而是驱动商业决策的核心能力 —— 它能从海量数据中挖掘出 “降低成本、提升 ...
2025-11-04在 DDPM(Denoising Diffusion Probabilistic Models)训练过程中,开发者最常困惑的问题莫过于:“我的模型 loss 降到多少才算 ...
2025-11-04在 CDA(Certified Data Analyst)数据分析师的工作中,“无监督样本分组” 是高频需求 —— 例如 “将用户按行为特征分为高价值 ...
2025-11-04