python中heapq是优先队列的底层实现,通过heappush/heappop维护最小堆结构;需用取反或元组实现最大堆;单线程推荐直接用heapq,多线程才用queue.priorityqueue。

Python 里 heapq 就是优先队列的底层实现
Python 标准库没有叫 PriorityQueue 的类来直接当“队列”用,但 heapq 模块提供了一组原地操作最小堆的函数,这才是实际干活的核心。你不是在“创建一个队列对象”,而是在维护一个列表,靠 heapq.heappush() 和 heapq.heappop() 保证它始终满足堆序。
常见错误是以为 heapq 自动排序整个列表——其实它只维护堆结构,不保证列表其余部分有序;还有人误用 sorted() 替代 heappop(),结果每次取最小值都 O(n log n),而不是 O(log n)。
-
heapq.heappush(heap, item):把item插入heap并调整结构,时间复杂度 O(log n) -
heapq.heappop(heap):弹出并返回最小元素,同时修复堆,O(log n) - 初始化堆用
heapq.heapify(lst),比逐个heappush快,O(n) - 不要手动修改
heap列表(比如heap[0] = x),会破坏堆性质
需要最大堆?别改源码,改数据就行
Python 的 heapq 只支持最小堆,但多数场景要的是“最大优先级先出”。最稳妥的做法不是重写堆逻辑,而是对数值取反或包装成元组,让比较逻辑倒过来。
比如你要按分数降序取学生:heapq 默认按第一个元素升序,所以把 (-score, student_id) 入堆,heappop 后再取负号还原即可。字符串或自定义对象也类似,关键在于让 __lt__ 行为符合你的“优先级高低”定义。
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- 数值型:存
-x,取出来再-item - 多字段:用元组
(-priority, timestamp, item),确保可比且稳定 - 避免用
max heap = heapq._heapify_max:这是私有 API,不保证兼容,Python 3.12 已明确标记为内部使用 - 如果频繁需要最大堆,封装一层类比裸用
heapq更安全,但别过度设计
queue.PriorityQueue 是线程安全的包装,别在单线程里滥用
标准库里的 queue.PriorityQueue 确实名字像“正统优先队列”,但它本质是用 heapq 加了锁的封装,目标是多线程生产者-消费者场景。如果你在单线程脚本、算法题或数据处理中用它,反而引入不必要的开销和 API 隔离(比如不能直接访问底层列表)。
典型误用:用 PriorityQueue.put(x) 和 PriorityQueue.get() 写 Dijkstra,结果发现没法做“减小键值”(decrease-key)操作,也没法检查某个节点是否已在队列中——因为它的接口不暴露内部状态。
- 单线程、需灵活控制(如更新权重、查存在性)→ 直接用
heapq+ 搭配字典或集合 - 多线程、只需“塞进去、取出来”且不关心中间状态 →
queue.PriorityQueue合理 -
queue.PriorityQueue不支持len()以外的长度外查,也不支持索引访问 - 它的
put()和get()是阻塞式,默认会等锁,哪怕队列非空
自定义比较逻辑时,__lt__ 是唯一靠谱入口
想让类实例能进 heapq,必须定义 __lt__(less-than)。Python 堆操作只调这个方法做比较,其他如 __eq__ 或 __gt__ 完全无关。很多人试了 __cmp__(Python 2)或试图重载 >,结果报 TypeError: '。
注意:如果两个对象 __lt__ 返回 False,不代表它们相等,可能只是“不小于”,堆操作仍可能出错。稳妥做法是让 __lt__ 总返回布尔值,并确保逻辑可传递、无歧义。
- 只实现
__lt__,别碰__le__或__gt__,heapq不用它们 - 元组天然可比,所以
(priority, insertion_count, obj)是避免自定义类的好技巧 - 如果 priority 相同,不加
insertion_count可能导致不可预测的顺序(取决于对象 id 比较,而它不保证稳定) - 别在
__lt__里做耗时计算或 I/O,堆操作本身高频,慢逻辑会拖垮性能









