• Java优先队列PriorityQueue


    PriorityQueue,即优先队列。优先队列具有以下特性:每次出队操作,取出的元素都是整个队列值最小的,元素比较可以通过实现自定义的构造器(Comparator),并传入优先队列的构造函数实现。Java 的priorQueue 通过小顶堆(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)实现,并且继承了java的Queue接口,所以具有queue的部分特性。

    下面介绍优先队列的常用函数

    add(E e)offer(E e)的语义相同,都是向优先队列中插入元素,前者失败时抛出异常,后者失败后返回false。

    public boolean offer(E e) {
    
    if (e == null)
    
            throw new NullPointerException();
    
        modCount++;
    
        int i = size;
    
        if (i >= queue.length)
    
            grow(i + 1);//扩容数组
    
        size = i + 1;
    
    if (i == 0)//队列为空的情况
    
            queue[0] = e;
    
        else
    
            siftUp(i, e);//调整
    
        return true;
    
    }

    Grow()函数就是申请一个更大的数组并复制过去,其中siftUp()函数是在插入元素后进行调整,调整过程是和父节点进行比较,直到大于某一祖先节点,并交换。

    private void siftUp(int k, E x) {
    
        while (k > 0) {
    
            int parent = (k - 1) >>> 1;//parentNo = (nodeNo-1)/2
    
            Object e = queue[parent];
    
            if (comparator.compare(x, (E) e) >= 0)
    
                break;
    
            queue[k] = e;
    
            k = parent;
    
        }
    
        queue[k] = x;
    
    }

    element()peek()的语义是获取但不删除队首元素,也就是队列中权值最小的那个元素,二者唯一的区别是当方法失败时前者抛出异常,后者返回null根据小顶堆的性质,直接返回数组中第一个元素。

    remove()poll()方法的语义也完全相同,都是获取并删除队首元素,区别是当方法失败时前者抛出异常,后者返回null。由于删除操作会改变队列的结构,为维护小顶堆的性质,需要进行必要的调整。

    public E poll() {
    
        if (size == 0)
    
            return null;
    
        int s = --size;
    
        modCount++;
    
        E result = (E) queue[0];//0下标处的那个元素就是最小的那个
    
        E x = (E) queue[s];
    
        queue[s] = null;
    
        if (s != 0)
    
            siftDown(0, x);//调整
    
        return result;
    
    }

    siftDown(int k, E x)方法作用是k指定的位置开始,将x逐层向下与左右孩子中较小的那个交换,直到x小于或等于左右孩子中的任何一个为止

    private void siftDown(int k, E x) {
    
        int half = size >>> 1;
    
        while (k < half) {
    
            //首先找到左右孩子中较小的那个,记录到c里,并用child记录其下标
    
            int child = (k << 1) + 1;//leftNo = parentNo*2+1
    
            Object c = queue[child];
    
            int right = child + 1;
    
            if (right < size &&
    
                comparator.compare((E) c, (E) queue[right]) > 0)
    
                c = queue[child = right];
    
            if (comparator.compare(x, (E) c) <= 0)
    
                break;
    
            queue[k] = c;//然后用c取代原来的值
    
            k = child;
    
        }
    
        queue[k] = x;
    
    }

    remove(Object o)方法用于删除队列中跟o相等的某一个元素(如果有多个相等,只删除一个),该方法是Collection接口的方法。由于删除操作会改变队列结构,所以要进行调整;删除元素的位置可能是任意的,具体来说分为2种情况:1. 删除的是最后一个元素。直接删除即可,不需要调整。2. 删除的不是最后一个元素,从删除点开始以最后一个元素为参照调用一次siftDown()

    public boolean remove(Object o) {
    
        //通过遍历数组的方式找到第一个满足o.equals(queue[i])元素的下标
    
        int i = indexOf(o);
    
        if (i == -1)
    
            return false;
    
        int s = --size;
    
        if (s == i) //情况1
    
            queue[i] = null;
    
        else {
    
            E moved = (E) queue[s];
    
            queue[s] = null;
    
            siftDown(i, moved);//情况2
    
            ......
    
        }
    
        return true;
    
     
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