1.5 实现一个优先级队列

问题

怎样实现一个按优先级排序的队列？ 并且在这个队列上面每次pop操作总是返回优先级最高的那个元素

解决方案

一种方式是使用堆，不过每个元素不仅仅包括了值，还包括了优先级，于是堆按照优先级进行处理操作：

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]

使用方式如下：

>>> 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')

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。

讨论

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高优先级(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。

Python在做元组比较时候，如果前面的比较已经可以确定结果了， 后面的比较操作就不会发生了。

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。