【Java集合框架】09 ——PriorityQueue 类

PriorityQueue也是集合框架中定义的类，它为我们提供了一种基于优先级处理对象的方法。
前面已经描述了对象的插入和删除在Java队列中遵循FIFO模式。然而，有时需要根据优先级处理队列的元素，这就是PriorityQueue发挥作用的地方。

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，这取决于使用的是哪个构造函数。

让我们看看java.util.PriorityQueue类的声明。

public class PriorityQueue extends AbstractQueue implements Serializable  

优先级队列的几个重要点如下:

• PriorityQueue不允许为空。
• 我们不能创建一个不可比较的对象的优先级队列
• PriorityQueue是未绑定队列。
• 这个队列的头是相对于指定顺序最小的元素。如果多个元素为最小值绑定，则头部是这些元素中的一个——绑定被任意打破。
• 由于PriorityQueue不是线程安全的，java提供了PriorityBlockingQueue类，它实现了在java多线程环境中使用的BlockingQueue接口。
• 队列检索操作轮询、删除、查看和元素访问队列头部的元素。
• 它为添加和轮询方法提供O(log(n))时间。
• 它从AbstractQueue、AbstractCollection、Collection和Object类继承方法。

• 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进行排序。

    private static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 11;
    
    public PriorityQueue() {
        this(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY, null);
    }

• PriorityQueue(Collection c):创建一个包含指定集合中的元素的PriorityQueue。

PriorityQueue pq = new PriorityQueue(Collection c);

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

PriorityQueue pq = new PriorityQueue(int initialCapacity);

• PriorityQueue(int initialCapacity, Comparator Comparator):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。

PriorityQueue pq = new PriorityQueue(int initialCapacity, Comparator comparator);

• PriorityQueue(PriorityQueue c):创建一个包含指定优先级队列中的元素的PriorityQueue。

PriorityQueue pq = new PriorityQueue(PriorityQueue c);

• PriorityQueue(SortedSet c):创建一个包含指定排序集中的元素的PriorityQueue。

PriorityQueue pq = new PriorityQueue(SortedSet c);

例子:下面的示例解释了优先级队列的以下基本操作。

• boolean add(E元素):该方法将指定的元素插入到优先级队列中。
• public peek():这个方法检索队列的头部，但不删除，如果队列为空则返回null。
• public poll():该方法检索并删除该队列的头部，如果该队列为空，则返回null。

        // 创建优先队列
        PriorityQueue pQueue = new PriorityQueue();

        // 添加元素
        pQueue.add(10);
        pQueue.add(20);
        pQueue.add(15);

        System.out.println("初始优先队列："+pQueue);

        // 检索队列的头部，但不删除
        System.out.println(pQueue.peek());

        // 检索队列的头部，并删除
        System.out.println(pQueue.poll());

        // 打印头部元素
        System.out.println(pQueue.peek());

        System.out.println("最终优先队列："+pQueue);

输出

初始优先队列：[10, 20, 15]
10
10
15
最终优先队列：[15, 20]

让我们看看如何在Priority Queue类上执行一些常用操作。

为了在优先队列中添加元素，可以使用add()方法。插入顺序不保留在PriorityQueue中。元素按照优先级顺序存储，默认情况下优先级为升序。

        PriorityQueue pq = new PriorityQueue<>();
        for(int i=0;i<3;i++){
            pq.add(i);
            pq.add(1);
        }
        System.out.println(pq);

输出

[0, 1, 1, 1, 2, 1]

我们不会通过打印PriorityQueue来获得已排序的元素。

为了从优先队列中删除一个元素，可以使用remove()方法。
如果有多个这样的对象，则删除第一个出现的对象。除此之外，poll()方法还用于删除头部并返回它。

      Queue pq = new PriorityQueue<>();

        pq.add("广州");
        pq.add("深圳");
        pq.add("北京");

        System.out.println("初始 队列 " + pq);

        pq.remove("深圳");

        System.out.println("删除后 " + pq);

        System.out.println("删除头队列：" + pq.poll());

        System.out.println("最终队列 " + pq);

初始 队列 [北京, 深圳, 广州]
删除后 [北京, 广州]
删除头队列：北京
最终队列 [广州]

由于Queue遵循先进先出原则，我们只能访问队列的头部。
要访问优先级队列中的元素，可以使用peek()方法。

        PriorityQueue pq = new PriorityQueue<>();
        pq.add("广州");
        pq.add("深圳");
        pq.add("东莞");
        System.out.println("PriorityQueue: " + pq);

        // 使用peek方法，访问头部
        String element = pq.peek();
        System.out.println("访问元素: " + element);

输出

PriorityQueue: [东莞, 深圳, 广州]
访问元素: 东莞

有多种方法可以遍历PriorityQueue。最著名的方法是将队列转换为数组并使用for循环遍历。
但是，队列还有一个内置迭代器，可用于遍历队列。

 		PriorityQueue pq = new PriorityQueue<>();
        pq.add("广州");
        pq.add("深圳");
        pq.add("东莞");
        System.out.println("PriorityQueue: " + pq);

        // 转换为数组 遍历
        for (Object o : pq.toArray()) {
            System.out.println(o);
        }
        
        // 内置迭代器
        Iterator iterator = pq.iterator();

        while (iterator.hasNext()) {
            System.out.print(iterator.next() + " ");
        }

输出

PriorityQueue: [东莞, 深圳, 广州]
东莞
深圳
广州
东莞 深圳 广州