优先队列(PriorityQueue)

一、概念

优先队列 = 自带自动排序的队列 ,出队顺序不再是先进先出 (FIFO),而是优先级最高元素先出队 。底层常用:堆 (Heap,二叉堆),入队 / 出队时间复杂度 O(logn)。

两种堆

  1. 小顶堆(默认 Java/Python):堆顶是最小值,最小先弹出
  2. 大顶堆:堆顶是最大值,最大先弹出

二、Java PriorityQueue

java 复制代码
// 小顶堆,队首最小
PriorityQueue<Integer> minHeap = new PriorityQueue<>();
minHeap.add(5);
minHeap.add(2);
minHeap.add(7);
// poll()弹出堆顶最小值:2
System.out.println(minHeap.poll());

// 大顶堆(自定义比较器)
PriorityQueue<Integer> maxHeap = new PriorityQueue<>((a,b)->b-a);
方法 作用
add(E e) 入队,满抛异常
offer(E e) 入队,满返回 false
peek() 查看堆顶,不删除,空返回 null
poll() 弹出堆顶,空返回 null
size() 元素个数

三、Python heapq(默认小顶堆)

Python没有原生大顶堆,存负数模拟大顶堆

python 复制代码
import heapq
arr = [3,1,4]
heapq.heapify(arr) # 原地建堆 O(n)
heapq.heappop(arr) # 弹出最小1
heapq.heappush(arr,2)

# 大顶堆:存入负数
maxheap = []
heapq.heappush(maxheap,-5)
print(-heapq.heappop(maxheap))

四、经典使用场景

  1. TopK 问题:求数组前 K 大 → 用容量 K 小顶堆
  2. 多路归并、Dijkstra 最短路径(每次取最短边)
  3. 任务调度、贪心算法

五、时间复杂度

  • 建堆:O(n)
  • 插入 / 删除堆顶:O(logn)
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