Java 优先队列(PriorityQueue)的使用

本文介绍使用小顶堆实现优先队列的基本方法,包括add、element/peek、remove/poll等常用操作,并通过示例代码展示了如何在Java中实现这一数据结构。

常用方法

1.add(e)

2.element()、peek()

element()peek()的语义完全相同,都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,堆顶那个元素就是全局最小的那个;由于堆用数组表示,根据下标关系,0下标处的那个元素既是堆顶元素。所以直接返回数组0下标处的那个元素即可

3.remove()、poll()

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。

 

示例代码

import java.util.*;
class Node 
{
	public int key;
	public int sec;
}
public class Main
{
	static Node []A = null;
	public static void main(String args[]) 
	{
		Scanner in = new Scanner(System.in);
		Comparator<Node> cmp = new Comparator<Node>() {
			public int compare(Node a, Node b) { //这里是小根堆
				if (a.key == b.key) return a.sec - b.sec; //第二键值做参考
				return a.key - b.key; //第一键值做参考
			}
		};
		Queue<Node> pq = new PriorityQueue<>(cmp);
		int n = in.nextInt();
		A = new Node [n];
		for (int i = 0; i < n; i++) {
			A[i] = new Node();
			A[i].key = in.nextInt();
			A[i].sec = in.nextInt();
			pq.add(A[i]);
		}
		while (!pq.isEmpty()) {
			System.out.println(pq.element().key + " " + pq.element().sec);
			pq.poll();
		}
	}
}

 

<think>我们被要求提供JavaPriorityQueue使用方法及示例详解。根据引用的内容,PriorityQueue是一个基于堆的数据结构,默认是最小堆(队头是最小元素)。我们可以通过自定义比较器来改变排序方式(例如实现最大堆)。主要方法:-添加元素:add(Ee),offer(Ee)-查看队头元素(不删除):peek()-删除队头元素:poll()-删除指定元素:remove(Objecto)此外,我们还可以通过构造函数传入自定义比较器(Comparator)来实现不同的排序规则。下面将按照以下结构组织:1.创建PriorityQueue(最小堆与最大堆)2.常用方法示例(add/offer,peek,poll,remove等)3.使用自定义比较器4.注意事项###1.创建PriorityQueue默认情况下,PriorityQueue是最小堆。```javaimportjava.util.PriorityQueue;//默认最小堆PriorityQueue<Integer>minHeap=newPriorityQueue<>();```要创建最大堆,需要传入一个自定义的比较器(Comparator)来反转自然顺序。```javaimportjava.util.PriorityQueue;importjava.util.Collections;//最大堆:使用Collections.reverseOrder()作为比较器PriorityQueue<Integer>maxHeap=newPriorityQueue<>(Collections.reverseOrder());```###2.常用方法示例####添加元素:add()和offer()这两个方法都是向优先队列中添加元素。当队列有容量限制时,add()在无法添加时抛出异常,而offer()则返回false。但PriorityQueue是无界的,所以两者在功能上等价。```javaminHeap.add(5);minHeap.add(1);minHeap.offer(3);//此时队列:1,5,3(实际存储顺序可能不同,但队头总是最小)```####查看队头元素:peek()返回队头元素(最小堆则为最小元素),如果队列为空,返回null。```javaIntegerhead=minHeap.peek();//1```####取出队头元素:poll()移除并返回队头元素,如果队列为空,返回null。```javaIntegerfirst=minHeap.poll();//移除并返回1Integersecond=minHeap.poll();//移除并返回3(因为此时最小的是3)```####删除指定元素:remove(Objecto)删除队列中指定元素,如果存在则删除并返回true,否则返回false。```javabooleanremoved=minHeap.remove(5);//删除元素5```###3.使用自定义比较器除了使用`Collections.reverseOrder()`,我们还可以自定义比较器。例如,创建一个字符串优先队列,按照字符串长度排序(长度小的优先级高)。```javaimportjava.util.PriorityQueue;importjava.util.Comparator;PriorityQueue<String>queue=newPriorityQueue<>(newComparator<String>(){@Overridepublicintcompare(Strings1,Strings2){returns1.length()-s2.length();//按长度升序(长度小的在队头)}});//添加元素queue.add("Java");queue.add("Python");queue.add("C++");queue.add("Go");//取出元素System.out.println(queue.poll());//"Go"(长度为2)System.out.println(queue.poll());//"C++"(长度为3)System.out.println(queue.poll());//"Java"(长度为4)```###4.注意事项-PriorityQueue不允许null元素。-PriorityQueue不是线程安全的。如果在多线程环境中使用,考虑使用`java.util.concurrent.PriorityBlockingQueue`。-PriorityQueue的迭代顺序不保证按照排序顺序,因为它是堆结构。如果需要按顺序遍历,可以多次调用poll()。-当添加元素时,堆会调整结构以保持堆特性(队头元素是最小或最大),时间复杂度为$O(\logn)$。总结:PriorityQueue是一个非常有用的数据结构,特别适用于需要高效访问最小(或最大)元素的场景,如任务调度、贪心算法等。§§相关问题§§1.PriorityQueueJava中的内部实现原理?2.PriorityQueue在多线程环境下的替代方案?3.如何用PriorityQueue解决TopK问题?4.PriorityQueue和TreeSet的区别?</think> ### Java PriorityQueue 使用详解及示例 `PriorityQueue`(优先队列)是Java中基于优先级堆实现的数据结构,**默认构建最小堆**(队列头部元素最小),通过`Comparator`可自定义排序规则。以下是核心使用方法和示例: --- #### 1. **基本操作示例(最小堆)** ```java import java.util.PriorityQueue; public class PriorityQueueDemo { public static void main(String[] args) { // 创建默认最小堆 PriorityQueue<Integer> minHeap = new PriorityQueue<>(); // 添加元素(add()或offer()均可) minHeap.add(20); // add方法 minHeap.offer(10); // offer方法 minHeap.offer(5); minHeap.add(15); // 查看头部元素(不删除) System.out.println("队首元素: " + minHeap.peek()); // 输出: 5 // 循环取出元素(按优先级排序) System.out.print("出队顺序: "); while (!minHeap.isEmpty()) { System.out.print(minHeap.poll() + " "); // 输出: 5 10 15 20 } } } ``` --- #### 2. **构建最大堆** 通过自定义`Comparator`反转自然排序: ```java import java.util.Collections; import java.util.PriorityQueue; // 创建最大堆 PriorityQueue<Integer> maxHeap = new PriorityQueue<>(Collections.reverseOrder()); maxHeap.offer(10); maxHeap.offer(50); maxHeap.offer(30); System.out.println(maxHeap.poll()); // 50(最大元素优先出队) ``` --- #### 3. **关键方法详解** | **方法** | **描述** | |------------------|-------------------------------------------------------------------------| | `add(E e)` | 添加元素(队列满时抛出异常) | | `offer(E e)` | 添加元素(队列满时返回`false`,优先使用此方法)[^1] | | `poll()` | **移除并返回**头部元素(队列空时返回`null`) | | `peek()` | **查看但不移除**头部元素(队列空时返回`null`) | | `remove(Object)` | 删除指定元素(成功返回`true`) | | `size()` | 返回元素数量 | > ✅ **add() vs offer()**:`PriorityQueue`无容量限制,二者功能基本等价。推荐使用`offer()`以保持兼容性[^1][^3]。 --- #### 4. **自定义排序规则** 按字符串长度排序(短字符串优先): ```java PriorityQueue<String> customQueue = new PriorityQueue<>( (s1, s2) -> s1.length() - s2.length() // 自定义比较器 ); customQueue.offer("Python"); customQueue.offer("Java"); customQueue.offer("C++"); System.out.println(customQueue.poll()); // "C++"(长度3) System.out.println(customQueue.poll()); // "Java"(长度4) ``` --- #### 5. **注意事项** 1. **非线程安全**:多线程环境下需用`PriorityBlockingQueue` 2. **不允许`null`元素**:添加`null`会抛出`NullPointerException` 3. **时间复杂度**:插入/删除$O(\log⁡ n)$,查看$O(1)$[^2][^3] 4. **迭代顺序**:遍历结果无序,需用`poll()`获取有序序列 --- ### 典型应用场景 - **任务调度**:高优先级任务优先执行 - **Top K问题**:维护K个最大/最小元素 - **数据流处理**:动态获取中位数(双堆算法)
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