Java优先队列/最小堆（PriorityQueue）讲解

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定义

• 我们知道队列是遵循先进先出（First-In-First-Out）模式的，但有些时候需要在队列中基于优先级处理对象。举个例子，比方说我们有一个每日交易时段生成股票报告的应用程序，需要处理大量数据并且花费很多处理时间。客户向这个应用程序发送请求时，实际上就进入了队列。我们需要首先处理优先客户再处理普通用户。在这种情况下，Java的PriorityQueue(优先队列)会很有帮助。
• PriorityQueue类在Java1.5中引入并作为 Java Collections Framework 的一部分。PriorityQueue是基于优先堆的一个无界队列，这个优先队列中的元素可以默认自然排序或者通过提供的Comparator（比较器）在队列实例化的时排序。
• 优先队列不允许空值，而且不支持non-comparable（不可比较）的对象，比如用户自定义的类。优先队列要求使用Java Comparable和Comparator接口给对象排序，并且在排序时会按照优先级处理其中的元素。
• 优先队列的头是基于自然排序或者Comparator排序的最小元素。如果有多个对象拥有同样的排序，那么就可能随机地取其中任意一个。当我们获取队列时，返回队列的头对象。
• 优先队列的大小是不受限制的，但在创建时可以指定初始大小。当我们向优先队列增加元素的时候，队列大小会自动增加。
• PriorityQueue是非线程安全的，所以Java提供了PriorityBlockingQueue（实现BlockingQueue接口）用于Java多线程环境。
• 我们有一个用户类，它没有提供任何类型的排序。当我们用它建立优先队列时，应该为其提供一个比较器对象。

实例

我们以一道题为例来解释优先队列的使用。

题目描述

我们有一个由平面上的点组成的列表 points。需要从中找出 K 个距离原点 (0, 0) 最近的点。
（这里，平面上两点之间的距离是欧几里德距离。）
你可以按任何顺序返回答案。除了点坐标的顺序之外，答案确保是唯一的。

实例

实例1

输入：points = [[1,3],[-2,2]], K = 1
输出：[[-2,2]]
解释： 
(1, 3) 和原点之间的距离为 sqrt(10)，
(-2, 2) 和原点之间的距离为 sqrt(8)，
由于 sqrt(8) < sqrt(10)，(-2, 2) 离原点更近。
我们只需要距离原点最近的 K = 1 个点，所以答案就是 [[-2,2]]。

实例2

输入：points = [[3,3],[5,-1],[-2,4]], K = 2
输出：[[3,3],[-2,4]]
（答案 [[-2,4],[3,3]] 也会被接受。）

思路

维护一个大小为K的优先队列。始终让栈顶为队列中距离远点最大的点。我们要设计一个类，并为其设计一个比较器类。注意比较器里面的compare函数中，要让比较为从大到小。（队列头到队列尾）。

代码

class Solution {
    public int[][] kClosest(int[][] points, int K) {
        //使用K大小的最小堆。（优先队列）
        int [][]ps=new int[K][2];
        PriorityQueue<Point>pq=new PriorityQueue<>(pointComparator);
        for(int i=0;i<points.length;i++)
        {
            pq.add(new Point(points[i][0],points[i][1]));
            if(pq.size()>K){
                pq.poll();
            }
        }
        for(int i=0;i<K;i++)
        {
            Point point=pq.poll();
            ps[i][0]=point.x;
            ps[i][1]=point.y;
        }
        return ps;
    }
     //匿名Comparator实现
    public static Comparator<Point> pointComparator = new Comparator<Point>(){
        //让当前距离最大的在队列，随时准备踢出去。因为队列底要放的是距离最小的
        @Override
        public int compare(Point p1, Point p2) {
            return (int) ((p2.x*p2.x+p2.y*p2.y)-(p1.x*p1.x+p1.y*p1.y));
        }
    };
    class Point{
        int x;
        int y;
        public Point(int x,int y){
            this.x=x;
            this.y=y;
        }
    }
}

这里再贴一些优先队列的常用函数：

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