Приоритетная очередь в структуре данных: все, что вам нужно знать

Введение

Очереди с приоритетами в структурах данных являются важной формой АТД (абстрактных типов данных). Каждому элементу назначается приоритет, который служит характеристикой для их определения и упорядочивания.

ADTS является частью области науки о данных, в которой структуры данных используются в качестве шаблонов для хранения информации и управления такими операциями, как доступ, добавление, поиск и изменение значений данных. Методологии, используемые для такого размещения данных, определяют способ их организации. Структуры данных также определяют направление потока данных и взаимосвязи между элементами системы.

По оценкам экспертов, к 2025 году общий объем глобальных данных может превысить 175 зеттабайт. Для управления такими большими объемами данных используются структуры данных для эффективной обработки больших баз данных и целей индексирования. На этапах программирования используются различные типы структур данных, такие как стеки, очереди, массивы, кучи и т. д. Стеки и очереди представляют собой линейную форму структур данных, так как данные хранятся последовательно, один за другим. У них нет ветвей, и каждый элемент/значение данных должен располагаться по прямой линии.

Расположение стеков и очередей

Стек следует подходу LIFO (последним пришел — первым обслужен) для организации хранения, тогда как очередь следует расположению FIFO (первым пришел — первым обслужен). Это важный фактор для различения этих двух линейных структур данных. Их приложения решаются на основе их подхода LIFO / FIFO, поскольку они зависят от их уникального вычислительного использования.

Чтобы узнать больше о науке о данных и примерах структур данных, зарегистрируйтесь на получение диплома PG по большим данным, размещенного на upGrad.com .

Для очереди FIFO устанавливает, что при добавлении в систему нескольких элементов первый добавленный элемент будет первым, к которому будет осуществлен доступ/удаление.

5 основных операций, которые можно выполнять в очереди

1. Постановка в очередь: эта операция выполняется, когда мы хотим добавить элемент в очередь.

2. Удаление из очереди: этот оператор используется для удаления элемента из очереди.

3. IsEmpty: эта операция используется для проверки того, пуста ли очередь и невозможно ли дальнейшее удаление из очереди.

4. IsFull: этот оператор проверяет, заполнена ли очередь и не может обрабатывать дальнейшие добавления в очередь.

5. Peek: оператор Peek просто вызывает/отображает ожидаемое значение/элемент данных из очереди, не удаляя его из выделенной ему последовательности.

Узнайте, почему наука о данных важна и повышает ценность бизнеса, из этого информативного блога upGrad.com.

Приоритетная очередь в структуре данных

Очереди с приоритетом имеют дополнительный приоритет, связанный с каждым из их элементов. Они не следуют подходам FIFO, как традиционные очереди. Вместо этого приоритетная очередь в структуре данных устроена таким образом, что «высокоприоритетные» элементы обслуживаются раньше своих «низкоприоритетных» аналогов.

Значение элемента часто принимается во внимание при назначении ему значения приоритета. Очередь с приоритетом отличается от традиционной очереди тем, что элемент с наивысшим приоритетом извлекается первым, когда мы пытаемся удалить следующий элемент из очереди.

Еще одним обязательным условием приоритетных очередей является то, что данные, введенные в эти очереди, должны быть последовательно упорядочены. Это означает, что отдельные элементы данных должны быть сопоставимы друг с другом таким образом, чтобы их расположение можно было упорядочить как от меньшего к большему, так и от большего к меньшему. Это необходимо для распределения элементов очереди с относительными приоритетами на основе сравнения друг с другом.

Приложения приоритетной очереди в структуре данных обычно включают их комбинацию с другими неупорядоченными структурами данных, такими как кучи, массивы, связанные списки или BST. Кучи обеспечивают наиболее эффективную форму комбинации из-за возможности эффективной реализации приоритетных очередей.

Чтобы узнать больше о новой области науки о данных и ее применении в обрабатывающей промышленности, ознакомьтесь с этим подробным блогом upGrad.com.

Операции, поддерживаемые в приоритетной очереди

Операции в приоритетной очереди помогают обрабатывать введенную, удаленную, просмотренную и измененную информацию. Эти операции также полезны для перемещения между элементами очереди. Они следующие:

1. Is_empty : операция is_empty проверяет, содержит ли очередь какой-либо элемент в данный момент.

2. Insert_with_priority: эта операция добавляет в очередь элемент вместе со значением приоритета, которое необходимо с ним связать.

3. Pull_highest_priority_element: эта операция удаляет элемент с наивысшим приоритетом из очереди, возвращая значение этого элемента.

4. Peek: операция Peek используется для «нахождения максимума» или «нахождения минимума» в зависимости от ожидаемых результатов. Эта операция не удаляет элемент max/min, а только возвращает его.

Преимущество использования кучи для приоритетной очереди в структуре данных

Производительность O(log n) наблюдается для вставок и удалений, когда приоритетные очереди основаны на куче. Это повышает производительность, а функция O(n) строится из набора «n» элементов. Объединение кучи и кучи Фибоначчи обеспечивает более точные границы для операций с приоритетной очередью.

Чтобы узнать больше об очереди приоритетов в структуре данных и многих других важных понятиях, связанных с предметной областью программирования, запишитесь на онлайн-курс в upGrad .

Приоритетная очередь и элементы сортировки

С учетом вычислительной сложности очереди с приоритетом соответствуют алгоритмам сортировки из-за присущих им свойств. Например, мы должны собрать все элементы, требующие сортировки, а затем вставить их в приоритетную очередь.

Затем, если мы удаляем элементы последовательно, результатом будет отсортированный порядок элементов. Heapsort, Smoothsort, Selection Sort, Insertion Sort и Tree sort — названия некоторых алгоритмов сортировки, которые имеют аналогичную корреляцию с очередью приоритетов в структурах данных.

Применение приоритетных очередей

Очереди с приоритетами в структуре данных обычно реализуются в сочетании со структурами данных кучи. Они используются в симуляциях для упорядочивания, сортировки и отслеживания неизведанных маршрутов. Два типа очередей с приоритетом: восходящая и нисходящая, имеют собственный набор применений. Вот некоторые из этих приложений:

• Управление пропускной способностью
• Дискретное моделирование событий
• Алгоритм Дейкстры
• Кодирование Хаффмана
• Алгоритм поиска лучшего первого
• Алгоритм триангуляции ROAM
• Алгоритм Прима для минимального остовного дерева

Заключение

На сегодняшний день около 5 миллиардов потребителей прямо или косвенно подключены к данным. К 2025 году более 6 миллиардов человек будут подключены к большим данным. IDC прогнозирует 10-кратный рост объема данных и предъявляет высокие требования к специалистам по обработке и анализу данных. Приоритетная очередь в структуре данных является важным понятием для программистов и специалистов по данным из-за их тесной взаимосвязи и применения со структурами данных кучи.

Если вам интересно узнать о науке о данных, ознакомьтесь с дипломом IIIT-B & upGrad PG в области науки о данных, который создан для работающих профессионалов и предлагает более 10 тематических исследований и проектов, практические семинары, наставничество с отраслевыми экспертами, 1- on-1 с отраслевыми наставниками, более 400 часов обучения и помощи в трудоустройстве в ведущих фирмах.

Зачисление на онлайн- курс International Masters в области компьютерных наук в Ливерпульском университете Джона Мурса или на курс PGD по курсу разработки программного обеспечения Full Stack , DevOps и т. д. может улучшить ваши перспективы трудоустройства в качестве программиста.

Изучайте онлайн- курсы по науке о данных в лучших университетах мира. Участвуйте в программах Executive PG, Advanced Certificate Programs или Master Programs, чтобы ускорить свою карьеру.