Java优先级队列PriorityQueue

1.优先级队列概述

PriorityQueue，即优先队列。优先队列的作用是能保证每次取出的元素都是队列中权值最小的（Java的优先队列每次取最小元素，C++的优先队列每次取最大元素）。这里牵涉到了大小关系，元素大小的评判可以通过元素本身的自然顺序（natural ordering），也可以通过构造时传入的比较器（Comparator，类似于C++的仿函数）。

Java中PriorityQueue实现了Queue接口，不允许放入null元素；其通过堆实现，具体说是通过完全二叉树（complete binary tree）实现的小顶堆（任意一个非叶子节点的权值，都不大于其左右子节点的权值），也就意味着可以通过数组来作为PriorityQueue的底层实现。

2.优先级队列的操作方法

栈中的插入和移除数据项的命名一般都是 push、pop，而队列至今没有标准化的命名。插入操作可以用 add、offer等命名，移除操作可以用 poll、remove、等命名，查看队头操作可以用 peek、element等命令。
Java中PriorityQueue实现了Queue接口，Queue接口实现了Collection接口，所以PriorityQueue包含了collection接口的add,remove,element方法
在 Java 中，常见的队列操作以及它们的区别如下所示：

操作	方法名	描述
插入	offer	向队列插入元素，在一个满的队列中加入一个新项会返回false
插入	add	向队列插入元素，在一个满的队列中加入一个新项会抛出异常
删除	poll	从队列中删除第一个元素，在队列为空时返回null
删除	remove	从队列中删除第一个元素，在队列为空时会抛出异常
查看队头元素	peek	在队列的头部查询元素，在队列为空时返回null
查看队头元素	element	从队列中删除第一个元素，在队列为空时会抛出异常

3.优先级队列的应用

3.1.最小K个数

3.1.1.问题描述

设计一个算法，找出数组中最小的k个数。以任意顺序返回这k个数均可。
示例：

输入： arr = [1,3,5,7,2,4,6,8], k = 4
输出： [1,2,3,4]

提示：

0 <= len(arr) <= 100000
0 <= k <= min(100000, len(arr))

3.1.2.解题思路及实现代码

我们用一个小根堆(优先级队列)实时维护数组的前 k 小值。首先将数组中的全部元素压入堆中(优先级队列)，然后出队k个元素即可，求得最小的k个元素

class Solution {
     
    public int[] smallestK(int[] arr, int k) {
     
        Queue<Integer> queue=new PriorityQueue<Integer>();      //优先级队列
        int len=arr.length;
        for(int i=0;i<len;i++){
                  //将数组中元素入队
            queue.offer(arr[i]);
        }
        int [] result=new int[k];
        for(int i=0;i<k;i++){
                    //出队k个元素
            result[i]=queue.poll();
        }
        return result;
    }
}