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📜  Java中的优先队列

📅  最后修改于: 2022-05-13 01:55:47.510000             🧑  作者: Mango

Java中的优先队列

当对象应该基于优先级进行处理时，使用 PriorityQueue。众所周知，Queue 遵循先进先出的算法，但有时需要根据优先级对队列中的元素进行处理，这时 PriorityQueue 就派上用场了。 PriorityQueue 基于优先级堆。优先级队列的元素按照自然顺序排序，或者由队列构造时提供的 Comparator 排序，具体取决于使用的构造函数。

Queue-Deque-PriorityQueue-In-Java

在下面的优先级队列中，具有最大 ASCII 值的元素将具有最高优先级。

PriorityQueue 的工作

宣言： 

public class PriorityQueue extends AbstractQueue implements Serializable

where E is the type of elements held in this queue

该类实现了Serializable 、 Iterable 、 Collection 、 Queue 接口。

优先队列的几个要点如下：

  • PriorityQueue 不允许为空。
  • 我们无法创建不可比较对象的 PriorityQueue
  • PriorityQueue 是未绑定的队列。
  • 此队列的头部是相对于指定排序的最小元素。如果多个元素以最低价值绑定，则头部是这些元素之一——绑定被任意打破。
  • 由于 PriorityQueue 不是线程安全的，所以Java提供了实现 BlockingQueue 接口的 PriorityBlockingQueue 类用于Java多线程环境。
  • 队列检索操作 poll、remove、peek 和 element 访问队列头部的元素。
  • 它为 add 和 poll 方法提供 O(log(n)) 时间。
  • 它继承了AbstractQueue 、 AbstractCollection 、 Collection和Object类的方法。

构造函数：

1. PriorityQueue()：创建一个具有默认初始容量 (11) 的 PriorityQueue，它根据元素的自然顺序对其元素进行排序。

2. PriorityQueue(Collection c)：创建一个包含指定集合中元素的PriorityQueue。

3. PriorityQueue(int initialCapacity) ：创建一个具有指定初始容量的PriorityQueue，它根据元素的自然顺序对其元素进行排序。

4. PriorityQueue(int initialCapacity, Comparatorcomparator)：创建一个具有指定初始容量的PriorityQueue，根据指定的比较器对其元素进行排序。

5. PriorityQueue(PriorityQueue c) ：创建一个包含指定优先级队列中元素的PriorityQueue。

6. PriorityQueue(SortedSet c) ：创建一个包含指定排序集中元素的PriorityQueue。

例子：

下面的例子解释了优先队列的以下基本操作。

  • boolean add(E element)：此方法将指定元素插入此优先级队列。
  • public peek()：此方法检索但不删除此队列的头部，如果此队列为空，则返回 null。
  • public poll()：此方法检索并移除此队列的头部，如果此队列为空，则返回 null。
Java
// Java program to demonstrate the
// working of PriorityQueue
import java.util.*;
  
class PriorityQueueDemo {
    
      // Main Method
    public static void main(String args[])
    {
        // Creating empty priority queue
        PriorityQueue pQueue = new PriorityQueue();
  
        // Adding items to the pQueue using add()
        pQueue.add(10);
        pQueue.add(20);
        pQueue.add(15);
  
        // Printing the top element of PriorityQueue
        System.out.println(pQueue.peek());
  
        // Printing the top element and removing it
        // from the PriorityQueue container
        System.out.println(pQueue.poll());
  
        // Printing the top element again
        System.out.println(pQueue.peek());
    }
}

Java
// Java program to add elements
// to a PriorityQueue
import java.util.*;
import java.io.*;
  
public class PriorityQueueDemo {
  
    public static void main(String args[])
    {
        PriorityQueue pq = new PriorityQueue<>();
  
        pq.add("Geeks");
        pq.add("For");
        pq.add("Geeks");
  
        System.out.println(pq);
    }
}

Java
// Java program to remove elements
// from a PriorityQueue
  
import java.util.*;
import java.io.*;
  
public class PriorityQueueDemo {
  
    public static void main(String args[])
    {
        PriorityQueue pq = new PriorityQueue<>();
  
        pq.add("Geeks");
        pq.add("For");
        pq.add("Geeks");
  
        System.out.println("Initial PriorityQueue " + pq);
  
          // using the method
        pq.remove("Geeks");
  
        System.out.println("After Remove - " + pq);
  
        System.out.println("Poll Method - " + pq.poll());
  
        System.out.println("Final PriorityQueue - " + pq);
    }
}

Java
// Java program to access elements
// from a PriorityQueue
import java.util.*;
  
class PriorityQueueDemo {
    
      // Main Method
    public static void main(String[] args)
    {
  
        // Creating a priority queue
        PriorityQueue pq = new PriorityQueue<>();
        pq.add("Geeks");
        pq.add("For");
        pq.add("Geeks");
        System.out.println("PriorityQueue: " + pq);
  
        // Using the peek() method
        String element = pq.peek();
        System.out.println("Accessed Element: " + element);
    }
}

Java
// Java program to iterate elements
// to a PriorityQueue
  
import java.util.*;
  
public class PriorityQueueDemo {
  
      // Main Method
    public static void main(String args[])
    {
        PriorityQueue pq = new PriorityQueue<>();
  
        pq.add("Geeks");
        pq.add("For");
        pq.add("Geeks");
  
        Iterator iterator = pq.iterator();
  
        while (iterator.hasNext()) {
            System.out.print(iterator.next() + " ");
        }
    }
}

输出： 

10
10
15

PriorityQueue 上的操作

让我们看看如何在 Priority Queue 类上执行一些常用的操作。

1. 添加元素：为了在优先级队列中添加元素，我们可以使用 add() 方法。插入顺序不会保留在 PriorityQueue 中。元素根据默认升序的优先级顺序存储。

Java

// Java program to add elements
// to a PriorityQueue
import java.util.*;
import java.io.*;
  
public class PriorityQueueDemo {
  
    public static void main(String args[])
    {
        PriorityQueue pq = new PriorityQueue<>();
  
        pq.add("Geeks");
        pq.add("For");
        pq.add("Geeks");
  
        System.out.println(pq);
    }
}

输出： 

[For, Geeks, Geeks]

2. 移除元素：为了从优先级队列中移除一个元素，我们可以使用 remove() 方法。如果有多个这样的对象，则删除第一次出现的对象。除此之外，poll() 方法还用于移除头部并返回它。

Java

// Java program to remove elements
// from a PriorityQueue
  
import java.util.*;
import java.io.*;
  
public class PriorityQueueDemo {
  
    public static void main(String args[])
    {
        PriorityQueue pq = new PriorityQueue<>();
  
        pq.add("Geeks");
        pq.add("For");
        pq.add("Geeks");
  
        System.out.println("Initial PriorityQueue " + pq);
  
          // using the method
        pq.remove("Geeks");
  
        System.out.println("After Remove - " + pq);
  
        System.out.println("Poll Method - " + pq.poll());
  
        System.out.println("Final PriorityQueue - " + pq);
    }
}

输出： 

Initial PriorityQueue [For, Geeks, Geeks]
After Remove - [For, Geeks]
Poll Method - For
Final PriorityQueue - [Geeks]

3、访问元素：由于队列遵循先进先出的原则，我们只能访问队列的头部。要访问优先级队列中的元素，我们可以使用 peek() 方法。

Java

// Java program to access elements
// from a PriorityQueue
import java.util.*;
  
class PriorityQueueDemo {
    
      // Main Method
    public static void main(String[] args)
    {
  
        // Creating a priority queue
        PriorityQueue pq = new PriorityQueue<>();
        pq.add("Geeks");
        pq.add("For");
        pq.add("Geeks");
        System.out.println("PriorityQueue: " + pq);
  
        // Using the peek() method
        String element = pq.peek();
        System.out.println("Accessed Element: " + element);
    }
}

输出： 

PriorityQueue: [For, Geeks, Geeks]
Accessed Element: For

4. 迭代PriorityQueue：有多种方法可以迭代PriorityQueue。最著名的方法是将队列转换为数组并使用 for 循环进行遍历。但是，队列也有一个内置的迭代器，可用于遍历队列。

Java

// Java program to iterate elements
// to a PriorityQueue
  
import java.util.*;
  
public class PriorityQueueDemo {
  
      // Main Method
    public static void main(String args[])
    {
        PriorityQueue pq = new PriorityQueue<>();
  
        pq.add("Geeks");
        pq.add("For");
        pq.add("Geeks");
  
        Iterator iterator = pq.iterator();
  
        while (iterator.hasNext()) {
            System.out.print(iterator.next() + " ");
        }
    }
}

输出： 

For Geeks Geeks

PriorityQueue 类中的方法

METHODDESCRIPTION
add(E e)Inserts the specified element into this priority queue.
clear()Removes all of the elements from this priority queue.
comparator()Returns the comparator used to order the elements in this queue, or null if this queue is sorted according to the natural ordering of its elements.
contains​(Object o)Returns true if this queue contains the specified element.
forEach​(Consumer action)Performs the given action for each element of the Iterable until all elements have been processed or the action throws an exception.
iterator()Returns an iterator over the elements in this queue.
 offer​(E e)Inserts the specified element into this priority queue.
remove​(Object o)Removes a single instance of the specified element from this queue, if it is present.
removeAll​(Collection c)Removes all of this collection’s elements that are also contained in the specified collection (optional operation).
removeIf​(Predicate filter)Removes all of the elements of this collection that satisfy the given predicate.
retainAll​(Collection c)Retains only the elements in this collection that are contained in the specified collection (optional operation).
spliterator()Creates a late-binding and fail-fast Spliterator over the elements in this queue.
 toArray()Returns an array containing all of the elements in this queue.
 toArray​(T[] a)Returns an array containing all of the elements in this queue; the runtime type of the returned array is that of the specified array.

在类Java.util.AbstractQueue 中声明的方法

METHODDESCRIPTION
addAll(Collection c)Adds all of the elements in the specified collection to this queue.
element()Retrieves, but does not remove, the head of this queue.
remove()Retrieves and removes the head of this queue.

在类Java.util.AbstractCollection 中声明的方法

METHODDESCRIPTION
containsAll(Collection c)Returns true if this collection contains all of the elements in the specified collection.
isEmpty()Returns true if this collection contains no elements.
toString()Returns a string representation of this collection.

在接口Java.util.Collection 中声明的方法

METHODDESCRIPTION
containsAll(Collection c)Returns true if this collection contains all of the elements in the specified collection.
equals(Object o)Compares the specified object with this collection for equality.
hashCode()Returns the hash code value for this collection.
isEmpty()Returns true if this collection contains no elements.
parallelStream()Returns a possibly parallel Stream with this collection as its source.
size()Returns the number of elements in this collection.
stream()Returns a sequential Stream with this collection as its source.
toArray(IntFunction generator)Returns an array containing all of the elements in this collection, using the provided generator function to allocate the returned array.

接口Java.util.Queue 中声明的方法

METHODDESCRIPTION
peek()Retrieves, but does not remove, the head of this queue, or returns null if this queue is empty.
poll()Retrieves and removes the head of this queue, or returns null if this queue is empty.

应用：

  • 实现 Dijkstra 和 Prim 算法。
  • 在 K 次否定后最大化数组总和

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