优先级队列 PriorityQueue 模拟实现

使用小根堆实现Java优先级队列及堆排序算法详解

最新推荐文章于 2025-11-25 12:11:25 发布

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#java #开发语言

本文介绍了如何使用整数模拟实现一个优先级队列，通过小根堆结构确保出队总是最小元素。同时讲述了堆排序的过程，包括建堆、堆调整和堆排序的基本步骤。适用于技术面试准备，如LeetCode中的相关题目。

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概要

优先级队列实际是小堆,根据不同的比较方法实现小堆,也可以根据自己的需要重写比较方法,从而实现自己想要的优先级队列,获取想要的数据,接下来将会用整数模拟实现一个优先级队列;

这里我的优先是优先获取最小的元素,保证出队的永远是现存的数据里最小的;

整体架构流程

package dom.bite;
import java.util.Arrays;

public class PriorityQueue {
    public int[] elem;
    public int usedSize;

//这里会优先插入一些元素,
    public PriorityQueue(int[] arr,int usedSize) {
        this.usedSize=usedSize;
        this.elem=new int[usedSize];
        for (int i = 0; i < usedSize; i++) {
            this.elem[i]=arr[i];
        }
    createHeap(arr);
    }
}

将数据整理成小根堆,采用向下调整的方法
http://t.csdnimg.cn/1nP5F

public void createHeap(int[] array) {

    int parent=(array.length-1-1)/2;
    while(parent>=0){
        shiftDown(parent,array.length-1);
        parent--;
    }
}

/**
 *
 * @param root 是每棵子树的根节点的下标
 * @param len  是每棵子树调整结束的结束条件
 * 向下调整的时间复杂度：O(logn)
 */
private void shiftDown(int root,int len) {
    int parent=root;
    int end=len;
    int child=parent*2+1;
    while(child<=end){
        if (child + 1 <= end && elem[child+1] > elem[child]){
            child++;
        }
        if(elem[child]>elem[parent]){
            swap(child,parent);
            parent=child;
            child=parent*2+1;
        }else{
            break;
        }
    }
}

再者接口就是入队元素

入队采用尾插,然后采用向上调整的方法

http://t.csdnimg.cn/V5j3N

private void shiftUp(int child) {
    int parent=(child-1)/2;
    int end=child;
    child=parent*2+1;
    while(parent>=0){
        if (child + 1 <= end && elem[child + 1]<elem[child]) {
            child++;
        }
        if(elem[child]<elem[parent]){
            swap(child,parent);
            child=parent;
            parent=(child-1)/2;
        }else{
            break;
        }
    }
}

再者就是出队元素,优先队列出的就是最小的或者最大的看自己的选择

而后保证该队列还是小根堆或者大根堆

public void pollHeap() {
    if(!isEmpty()){               //不为空就进行出队操作
        swap(0,usedSize-1);       //交换第一个元素和最后一个元素,出队最后一个元素,
                                    变相出队根地元素
        usedSize--;               //插入的元素的元素个数减一
        shiftDown(0,usedSize-1);  //交换上去的元素,即放在的元素向下调整
    }
}

获取堆顶元素

public int peekHeap() {
    return elem[0];
}

其他操作方法

//判断队列是否满了
public boolean isFull() {
    return usedSize==elem.length;
}
//判断队列是否为空
public boolean isEmpty() {
    return usedSize==0;
}
//交换元素
public void swap(int swap1,int swap2){
    int tmp=elem[swap1];
    elem[swap1]=elem[swap2];
    elem[swap2]=tmp;
}
//满了,扩容
public void grow(){
    int newCapacity=elem.length+10;
    elem=Arrays.copyOf(elem,newCapacity);
}

小结

堆的应用
4.1 PriorityQueue的实现 
     用堆作为底层结构封装优先级队列 
4.2 堆排序 堆排序即利用堆的思想来进行排序，总共分为两个步骤： 
    1. 建堆 升序：建大堆 降序：建小堆 
    2. 利用堆删除思想来进行排序 建堆和堆删除中都用到了向下调整，因此掌握了向下调整，就可以完成堆排序。

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