优先级队列

目录

 前言：

1、PriorityQueue的特性

.2 PriorityQueue常用接口介绍

Ⅰ、PriorityQueue常见的构造方法

 Ⅱ、常用的方法

Ⅲ、PriorityQueue的扩容方式：

 3、应用

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 前言：

普通的队列是一种 先进先出的数据结构，元素在队列尾追加，而从队列头删除。在优先队列中，元素被赋予优先级。当访问元素时，具有最高优先级的元素最先删除。优先队列具有最高级先出 （first in, largest out）的行为特征。通常采用 堆数据结构来实现。

在下面这篇文章中讲解了堆。

八大排序之选择排序_冷兮雪的博客-CSDN博客

1、PriorityQueue的特性

Java 集合框架中提供了 PriorityQueue 和 PriorityBlockingQueue 两种类型的优先级队列， PriorityQueue 是线 程不安全的， PriorityBlockingQueue 是线程安全的 ，本文主要介绍 PriorityQueue 。

 查看源码发现：PriorityQueue继承了AbstractQueue，并且初始容量为11，AbstractQueue又实现了Queue接口

 

关于PriorityQueue的使用要注意：

1.  使用时必须导入PriorityQueue所在的包，即： 

   import java.util.PriorityQueue;

2.  PriorityQueue中放置的元素必须要能够比较大小，不能插入无法比较大小的对象，否则会抛出 ClassCastException异常
3. 不能插入null对象，否则会抛出NullPointerException
4.  没有容量限制，可以插入任意多个元素，其内部可以自动扩容
5. 插入和删除元素的时间复杂度为log₂N
6. PriorityQueue底层使用了堆数据结构,
7.  PriorityQueue默认情况下是小堆---即每次获取到的元素都是最小的元素（如果要设置为大根堆的话需要重写比较器来实现或者借助lambda表达式）

   package 选择排序;
   
   import java.util.PriorityQueue;
   
   public class 优先级队列 {
       public static void main(String[] args) {
           PriorityQueue queue=new PriorityQueue<>();
           queue.offer(4);
           queue.offer(2);
           queue.offer(3);
           queue.offer(7);
           queue.offer(9);
           System.out.println(queue.peek());//2
       }
   }
   

方法一：比较器

PriorityQueue queue=new PriorityQueue<>(new Comparator() {
            @Override
            public int compare(Integer o1, Integer o2) {
                return o2-o1;
            }
        });

方法二：lambda表达式

Queue queue = new PriorityQueue<>((o1, o2) -> o2 - o1);

import java.util.Comparator;
import java.util.PriorityQueue;


public class 优先级队列 {
    public static void main(String[] args) {
        PriorityQueue queue = new PriorityQueue<>();
        queue.offer(4);
        queue.offer(2);
        queue.offer(3);
        queue.offer(7);
        queue.offer(9);
        System.out.println(queue.peek());//2
        PriorityQueue queue1=new PriorityQueue<>((o1, o2) -> o2-o1);
        queue1.offer(4);
        queue1.offer(2);
        queue1.offer(3);
        queue1.offer(7);
        queue1.offer(9);
        System.out.println(queue1.peek());//9
    }
}

2 PriorityQueue常用接口介绍

Ⅰ、PriorityQueue常见的构造方法

构造器	解释
PriorityQueue()	创建一个空的优先级队列，默认容量是 11
PriorityQueue(int initialCapacity)	创建一个初始容量为 initialCapacity 的优先级队列，注意： initialCapacity不能小于1 ，否则会抛 IllegalArgumentException 异 常
PriorityQueue(Collection extends E> c)	用一个集合来创建优先级队列

import java.util.PriorityQueue;

class Student implements Comparable{
    public int age;

    @Override
    public int compareTo(Student o) {//如果没有比较器，则下面添加时则会报错
        return this.age-o.age;
    }
}
public class 优先级队列 {

    public static void main(String[] args) {
        PriorityQueue queue=new PriorityQueue<>();
        queue.offer(new Student());
        queue.offer(new Student());
    }
}

 因为PriorityQueue不能插入无法比较大小的对象，需要实现比较器。

 Ⅱ、常用的方法

Modifier and Type	Method and Description
boolean
	add(E e) 将指定的元素插入到此优先级队列中。
void	clear() 从此优先级队列中册除所有元素。
Comparatore	comparator( 返回用于为了在这个队列中的元素，或比较null如果此队列根据所述排序natural ordering的元素。
boolean	contains(object o) 如果此队列包含指定的元素，则返回true.
Iteratore	iterator() 返回此队列中的元素的迭代器。
boolean	offer(E e) 将指定的元素插入到此优先级队列中。
E	peek () 检素但不删除此队列的头，如果此队列为空，则返回null.
E	poll() 检索并删除此队列的头，如果此队列为空，则返回null。
boolean	remove(object o) 从该队列中删除指定元素的单个实例（如果存在）。
int	size() 返回此集合中的元素数。
object[]	toArray() 返回一个包含此队列中所有元素的数组。
T[]	toArray(T[]a) 返回一个包含此队列中所有元素的数组;返回的数组的运行时类型是指定数组的运行时类型。

Ⅲ、PriorityQueue的扩容方式：

private void grow(int minCapacity) {
        int oldCapacity = queue.length;
        // Double size if small; else grow by 50%
        int newCapacity = oldCapacity + ((oldCapacity < 64) ?
                                         (oldCapacity + 2) :
                                         (oldCapacity >> 1));
        // overflow-conscious code
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
        queue = Arrays.copyOf(queue, newCapacity);
    }

    private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
        if (minCapacity < 0) // overflow
            throw new OutOfMemoryError();
        return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
            Integer.MAX_VALUE :
            MAX_ARRAY_SIZE;
    }

优先级队列的扩容说明：

• 如果容量小于64时，是按照oldCapacity的2倍方式扩容的
• 如果容量大于等于64，是按照oldCapacity的1.5倍方式扩容的
• 如果容量超过MAX_ARRAY_SIZE，按照MAX_ARRAY_SIZE来进行扩容

 3、应用

经典优先级队列问题——TOP-K问题：最大或者最小的前k个数据

面试题 17.14. 最小K个数 - 力扣（Leetcode）

class Solution {
    public int[] smallestK(int[] arr, int k) {
// 参数检测
        if (null == arr || k <= 0)
            return new int[0];
        PriorityQueue q = new PriorityQueue<>(arr.length);
// 将数组中的元素依次放到堆中
        for (int i = 0; i < arr.length; ++i) {
            q.offer(arr[i]);
        }
// 将优先级队列的前k个元素放到数组中
        int[] ret = new int[k];
        for (int i = 0; i < k; ++i) {
            ret[i] = q.poll();
        }
        return ret;
    }
}

 692. 前K个高频单词 - 力扣（Leetcode）

 这题既可以使用HashMap也可以使用优先级队列。

优先级队列思想

我们可以创建一个小根优先队列（顾名思义，就是优先队列顶端元素是最小元素的优先队列）。我们将每一个字符串插入到优先队列中，如果优先队列的大小超过了 k，那么我们就将优先队列顶端元素弹出。这样最终优先队列中剩下的 k个元素就是前 k 个出现次数最多的单词。