哈喽,各位小伙伴们,你们好呀,我是喵手。
今天我要给大家分享一些自己日常学习到的一些知识点,并以文字的形式跟大家一起交流,互相学习,一个人虽可以走的更快,但一群人可以走的更远。
我是一名后端开发爱好者,工作日常接触到最多的就是Java语言啦,所以我都尽量抽业余时间把自己所学到所会的,通过文章的形式进行输出,希望以这种方式帮助到更多的初学者或者想入门的小伙伴们,同时也能对自己的技术进行沉淀,加以复盘,查缺补漏。
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如下是Java集合体系架构图,近期几期内容都是围绕该体系进行知识讲解,以便于同学们学习Java集合篇知识能够系统化而不零散。
前言
在开发中,我们经常需要对元素进行排序,并且可以快速访问最小或最大元素。这个时候,PriorityQueue
就成了我们的不二选择。PriorityQueue
是一个基于优先级堆的无界优先级队列。根据不同的构造函数,可以将PriorityQueue
定义为小根堆和大根堆。
摘要
本文将重点介绍Java中的PriorityQueue
类。我们将深入探讨PriorityQueue
类的用法,它的优缺点,以及一些常见的应用场景,最主要的还是会通过实例结合知识点给大家侧面剖析,理论结合实践,以保障大家能够理解的更为透彻。
PriorityQueue
简介
PriorityQueue
可以被认为是一个数组,但它具有一些额外的限制。首先,PriorityQueue
的大小是固定的,而且只能在初始化的时候设置。其次,PriorityQueue
不允许使用索引来访问元素,因此我们不能查看PriorityQueue
中的第k个元素。相反,PriorityQueue
中的元素都是按照优先级排列的,并且可以使用poll()方法快速获取优先级最高的元素。
源代码解析
java
public class PriorityQueue<E extends Comparable<? super E>> extends AbstractQueue<E> implements Serializable {
//...
}
从上面的代码可以看出,PriorityQueue
是一个继承了AbstractQueue
类并实现了Serializable接口的泛型类。在Java中,泛型是一种强类型编程机制,它可以在编译时对类型进行检查并确定类型安全。在PriorityQueue
中,使用了泛型<E extends Comparable<? super E>>
来限制元素类型,确保元素类型实现了Comparable
接口,也就是说元素可以进行比较。
PriorityQueue中有一个关键的成员变量,即堆数组:
java
private transient Object[] queue;
在PriorityQueue
中,堆数组实际上是用来存储所有元素的。堆数组中的下标从1开始,因为堆数组中的第一个元素在下标1处。当我们添加一个元素时,它将被添加到堆数组的最后一个位置。然后,我们必须保证堆数组中元素的顺序是按照优先级来排序的,如果不是,我们就需要重新排列堆数组。在实现堆排序时,我们通常使用一组siftUp()
和siftDown()
方法(也称为percolateUp()
和percolateDown()
)。
- siftUp()方法
siftUp()方法是将刚添加的元素上浮到合适的位置。它的实现方法类似于冒泡排序方法。当我们添加一个元素时,它将被添加到堆数组的末尾,然后我们不断地比较它和它的父节点,并交换它们的位置,直到它的父节点小于等于它或者到达根节点位置。
- siftDown()方法
siftDown()方法是将根节点下沉到合适的位置。当我们删除一个元素时,它会被堆数组的最后一个元素替换,然后我们将根节点下沉到合适的位置以维护堆的有序性。与siftUp()方法类似,siftDown()方法不断地比较当前节点和它的子节点,并交换它们的位置,直到当前节点小于等于最小的子节点或子节点都为空。
应用场景案例
PriorityQueue
可以用于需要对元素按照优先级排序的场景。以下是一些使用PriorityQueue
的常见场景:
- 模拟任务调度系统:可以将所有任务按照优先级放入
PriorityQueue
中,并使用poll()方法获取下一个要执行的任务。 - 合并多个有序数组:可以将多个有序数组的第一个元素放入PriorityQueue中,并且每次从
PriorityQueue
中取出最小的元素,直到PriorityQueue为空。 - 实现
Dijkstra
最短路径算法:可以将所有顶点按照距离起点的距离放入PriorityQueue
中,并使用poll()
方法获取到达下一个顶点的最短路径。
优缺点分析
优点:
- PriorityQueue可以高效地维护元素的有序性,它内部使用堆排序算法来维护元素的顺序。
- PriorityQueue可以用于需要快速访问最小或最大元素的场景。
- PriorityQueue可以通过指定Comparator来按照自定义的优先级来进行排序。
缺点:
- PriorityQueue不允许使用索引来访问元素,因此我们不能查看
PriorityQueue
中的第k个元素。 - PriorityQueue的大小是固定的,而且只能在初始化的时候设置。
- PriorityQueue不是线程安全的,如果需要线程安全的优先级队列,可以使用
ConcurrentPriorityQueue
类。
类代码方法介绍
构造方法
- PriorityQueue():创建一个空的PriorityQueue,初始容量为11,按照元素的自然顺序进行排序。
- PriorityQueue(int initialCapacity):创建一个空的PriorityQueue,初始容量为initialCapacity,按照元素的自然顺序进行排序。
- PriorityQueue(int initialCapacity, Comparator<? super E> comparator):创建一个空的PriorityQueue,初始容量为initialCapacity,按照指定的comparator进行排序。
- PriorityQueue(Collection<? extends E> c):创建一个包含c中所有元素的PriorityQueue,按照元素的自然顺序进行排序。
- PriorityQueue(PriorityQueue<? extends E> c):创建一个包含c中所有元素的PriorityQueue,按照PriorityQueue中元素的自然顺序进行排序。
- PriorityQueue(SortedSet<? extends E> c):创建一个包含c中所有元素的PriorityQueue,按照c的比较顺序进行排序。
方法
- boolean add(E e):添加指定元素到PriorityQueue中。
- void clear():从PriorityQueue中移除所有元素。
- Comparator<? super E> comparator():返回PriorityQueue中元素的排序方式。
- boolean contains(Object o):检查PriorityQueue中是否包含指定的元素。
- Iterator iterator():返回PriorityQueue中元素的迭代器,按照元素的自然顺序进行排序。
- boolean offer(E e):添加指定元素到PriorityQueue中。
- E peek():返回PriorityQueue中的第一个元素,如果PriorityQueue为空,则返回null。
- E poll():移除并返回PriorityQueue中的第一个元素,如果PriorityQueue为空,则返回null。
- boolean remove(Object o):从PriorityQueue中移除指定元素。
- int size():返回PriorityQueue中的元素个数。
- Object[] toArray():将PriorityQueue中的元素转换为数组。
- T[] toArray(T[] a):将PriorityQueue中的元素转换为指定类型的数组。
测试用例
下面是一些测试代码,测试PriorityQueue的基本功能:
测试代码演示
java
package com.example.javase.collection;
import java.util.PriorityQueue;
/**
* @Author ms
* @Date 2023-10-24 18:47
*/
public class PriorityQueueTest {
public static void main(String[] args) {
// 创建一个PriorityQueue
PriorityQueue<Integer> pq = new PriorityQueue<>();
// 添加元素
pq.offer(1);
pq.offer(3);
pq.offer(2);
// 获取元素
System.out.println(pq.poll()); // 1
System.out.println(pq.poll()); // 2
System.out.println(pq.poll()); // 3
// 检查是否为空
System.out.println(pq.isEmpty()); // true
}
}
测试结果
根据如上测试用例,本地测试结果如下,仅供参考,你们也可以自行修改测试用例或者添加更多的测试数据或测试方法,进行熟练学习以此加深理解。
代码分析
根据如上测试用例,在此我给大家进行深入详细的解读一下测试代码,以便于更多的同学能够理解并加深印象。 如上测试用例演示了使用Java中的PriorityQueue
类进行优先级队列的操作。在代码中,首先创建了一个PriorityQueue
对象pq,然后通过调用pq.offer()
方法添加了三个整数元素1、3和2。接着调用pq.poll()
方法获取队列中的元素,由于PriorityQueue
是一个优先级队列,因此获取的元素将会按照从小到大的顺序依次弹出,即先弹出1,再弹出2,最后弹出3。最后通过pq.isEmpty()
方法检查队列是否为空,输出结果为true
,证明队列已经为空。
全文小结
本文介绍了Java中的PriorityQueue类,它是一个基于优先级堆的无界优先级队列。我们深入探讨了PriorityQueue类的源代码解析,它的优缺点,以及一些常见的应用场景。我们还介绍了PriorityQueue类的构造方法和方法,并提供了一些测试用例。在开发中,我们可以用PriorityQueue来模拟任务调度系统、合并多个有序数组以及实现Dijkstra最短路径算法等场景。
总结
-
PriorityQueue是一个基于优先级堆的无界优先级队列,可以用于需要对元素按照优先级排序的场景。
-
PriorityQueue内部使用堆排序算法来维护元素的顺序,可以高效地维护元素的有序性。
-
PriorityQueue不允许使用索引来访问元素,因此不能查看PriorityQueue中的第k个元素。
-
PriorityQueue的大小是固定的,而且只能在初始化的时候设置。
-
PriorityQueue不是线程安全的,如果需要线程安全的优先级队列,可以使用ConcurrentPriorityQueue类。
-
PriorityQueue的构造方法和方法较多,可以根据实际需求选择合适的构造方法和方法。
... ...
文末
好啦,以上就是我这期的全部内容,如果有任何疑问,欢迎下方留言哦,咱们下期见。
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学习不分先后,知识不分多少;事无巨细,当以虚心求教;三人行,必有我师焉!!!
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