【数据结构】优先级队列(堆)

文章目录

• 一、优先级队列
• • 概念
  • 二、优先级队列的模拟实现
  • • 1、堆的概念
    • 2、堆的存储方式
    • 三、常用接口介绍
    • • 1、PriorityQueue的特性
      • 2、PriorityQueue常���接口介绍

        一、优先级队列

        概念

        前面介绍过队列，队列是一种先进先出(FIFO)的数据结构，但有些情况下，操作的数据可能带有优先级，一般出队

        （）

        列时，可能需要优先级高的元素先出队列，该中场景下，使用队列显然不合适，比如：在手机上玩游戏的时候，如

        果有来电，那么系统应该优先处理打进来的电话。

        （）

        在这种情况下，我们的数据结构应该提供两个最基本的操作，一个是返回最高优先级对象，一个是添加新的对象。

        这种数据结构就是优先级队列(Priority Queue)。

        二、优先级队列的模拟实现

        JDK1.8中的PriorityQueue底层使用了堆的数据结构，而堆实际就是在完全二叉树的基础之上进行了一些元素的调

        整。

        1、堆的概念

        如果有一个关键码的集合K = {k0，k1， k2，…，kn-1}，把它的所有元素按完全二叉树的顺序存储方式存储 在一

        个一维数组中，并满足：Ki = K2i+2) i = 0，1，2…，则称为 小堆(或大

        堆)。将根节点最大的堆叫做最大堆或大根堆，根节点最小的堆叫做最小堆或小根堆。

        堆的性质：

        堆中某个节点的值总是不大于或不小于其父节点的值；

        堆总是一棵完全二叉树。

        2、堆的存储方式

        从堆的概念可知，堆是一棵完全二叉树，因此可以层序的规则采用顺序的方式来高效存储，注意：对于非完全二叉树，则不适合使用顺序方式进行存储，因为为了能够还原二叉树，空间中必须要存储空节

        点，就会导致空间利用率比较低。

        将元素存储到数组中后，可以根据二叉树章节的性质5对树进行还原。假设i为节点在数组中的下标，则有：

        如果i为0，则i表示的节点为根节点，否则i节点的双亲节点为 (i - 1)/2

        如果2 * i + 1 小于节点个数，则节点i的左孩子下标为2 * i + 1，否则没有左孩子

        如果2 * i + 2 小于节点个数，则节点i的右孩子下标为2 * i + 2，否则没有右孩子

        三、常用接口介绍

        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。

        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;

        1. 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
        2. 不能插入null对象，否则会抛出NullPointerException
        3. 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
        4. 插入和删除元素的时间复杂度为
        5. PriorityQueue底层使用了堆数据结构, (注意：此处大家可以不用管什么是堆，后文中有介绍)
        6. 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

        2、PriorityQueue常用接口介绍

        1. 优先级队列的构造

        static void TestPriorityQueue(){// 创建一个空的优先级队列，底层默认容量是11PriorityQueue q1 = new PriorityQueue();// 创建一个空的优先级队列，底层的容量为initialCapacityPriorityQueue q2 = new PriorityQueue(100);ArrayList list = new ArrayList();list.add(4);list.add(3);list.add(2);list.add(1);// 用ArrayList对象来构造一个优先级队列的对象// q3中已经包含了三个元素PriorityQueue q3 = new PriorityQueue(list);System.out.println(q3.size());System.out.println(q3.peek());}