Java 优先队列PriorityQueue
Java中的优先队列Priority的就是一个大根堆,常用的方法有:
peek和poll方法都会返回堆顶元素,不同点是poll方法会将堆顶元素弹出,而peek只是返回堆顶元素。
下面是Priority的属性:
transient Object[] queue; //存储队列中的数据
int size; //队列中元素的个数
private final Comparator<? super E> comparator;//比较器
还有两个常量:
private static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 11;//默认初始容量
/**
* The maximum size of array to allocate.
* Some VMs reserve some header words in an array.
* Attempts to allocate larger arrays may result in
* OutOfMemoryError: Requested array size exceeds VM limit
*/
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;//数组的最大长度
然后是构造方法,构造方法主要是两个参数:容量和比较器,然后根据容量创建一个数组。
public PriorityQueue() {
this(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY, null);
}
public PriorityQueue(int initialCapacity) {
this(initialCapacity, null);
}
public PriorityQueue(Comparator<? super E> comparator) {
this(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY, comparator);
}
public PriorityQueue(int initialCapacity,
Comparator<? super E> comparator) {
// Note: This restriction of at least one is not actually needed,
// but continues for 1.5 compatibility
if (initialCapacity < 1)
throw new IllegalArgumentException();
this.queue = new Object[initialCapacity];
this.comparator = comparator;
}
接下来看一下常用的添加删除方法,数据结构中堆排序的实现主要依靠两个操作:创建堆和调整堆。由于优先队列是一个一个插入的,所以不需要创建堆这个操作,在Priority中调整堆主要是两个方法siftUp和siftDown。
先来看siftUp
private void siftUp(int k, E x) {
if (comparator != null)
siftUpUsingComparator(k, x);
else
siftUpComparable(k, x);
}
参数k:添加元素的位置,通常是size。
参数x:要添加的元素。
这里的两个方法siftUpUsingComparator和siftUpComparable功能相同区别是前者使用构造方法传入的构造器,后者使用默认的构造器。
@SuppressWarnings("unchecked")
private void siftUpComparable(int k, E x) {
Comparable<? super E> key = (Comparable<? super E>) x;
while (k > 0) {
int parent = (k - 1) >>> 1;
Object e = queue[parent];
if (key.compareTo((E) e) >= 0)
break;
queue[k] = e;
k = parent;
}
queue[k] = key;
}
@SuppressWarnings("unchecked")
private void siftUpUsingComparator(int k, E x) {
while (k > 0) {
int parent = (k - 1) >>> 1;
Object e = queue[parent];
if (comparator.compare(x, (E) e) >= 0)
break;
queue[k] = e;
k = parent;
}
queue[k] = x;
}
代码很简单,就是向上调整堆,当前节点大于父节点就要交换两个节点,继续向上比较。这样在插入一个新节点的时候就能保证堆的结构不被破坏。
与之类似,siftDown:向下调整:
private void siftDown(int k, E x) {
if (comparator != null)
siftDownUsingComparator(k, x);
else
siftDownComparable(k, x);
}
@SuppressWarnings("unchecked")
private void siftDownComparable(int k, E x) {
Comparable<? super E> key = (Comparable<? super E>)x;
int half = size >>> 1; // loop while a non-leaf
while (k < half) {
int child = (k << 1) + 1; // assume left child is least
Object c = queue[child];
int right = child + 1;
if (right < size &&
((Comparable<? super E>) c).compareTo((E) queue[right]) > 0)
c = queue[child = right];
if (key.compareTo((E) c) <= 0)
break;
queue[k] = c;
k = child;
}
queue[k] = key;
}
@SuppressWarnings("unchecked")
private void siftDownUsingComparator(int k, E x) {
int half = size >>> 1;
while (k < half) {
int child = (k << 1) + 1;
Object c = queue[child];
int right = child + 1;
if (right < size &&
comparator.compare((E) c, (E) queue[right]) > 0)
c = queue[child = right];
if (comparator.compare(x, (E) c) <= 0)
break;
queue[k] = c;
k = child;
}
queue[k] = x;
}
add方法:
public boolean add(E e) {
return offer(e);
}
public boolean offer(E e) {
if (e == null)
throw new NullPointerException();
modCount++;
int i = size;
if (i >= queue.length)
grow(i + 1);
siftUp(i, e);
size = i + 1;
return true;
}
在最后添加元素所以向上调整
peek方法
@SuppressWarnings("unchecked")
public E peek() {
return (size == 0) ? null : (E) queue[0];
}
poll方法
@SuppressWarnings("unchecked")
public E poll() {
if (size == 0)
return null;
int s = --size;
modCount++;
E result = (E) queue[0];
E x = (E) queue[s];
queue[s] = null;
if (s != 0)
siftDown(0, x);
return result;
}
contain方法
public boolean contains(Object o) {
return indexOf(o) >= 0;
}
private int indexOf(Object o) {
if (o != null) {
for (int i = 0; i < size; i++)
if (o.equals(queue[i]))
return i;
}
return -1;
}
remove方法
public boolean remove(Object o) {
int i = indexOf(o);
if (i == -1)
return false;
else {
removeAt(i);
return true;
}
}
boolean removeEq(Object o) {
for (int i = 0; i < size; i++) {
if (o == queue[i]) {
removeAt(i);
return true;
}
}
return false;
}
@SuppressWarnings("unchecked")
E removeAt(int i) {
// assert i >= 0 && i < size;
modCount++;
int s = --size;
if (s == i) // removed last element
queue[i] = null;
else {
/** 删除下标i的元素:将最后一个元素替换到位置i,然后调整 **/
E moved = (E) queue[s];//末尾元素
queue[s] = null;
siftDown(i, moved);//向下调整
/** 先向下调整,如果queue[i] == moved 说明最后一个元素moved是
下标为i的子树的最大值,有可能moved会大于父节点所以还要向上
调整;否者说明moved一定小于父节点,所以不必向上调整。**/
if (queue[i] == moved) {
siftUp(i, moved);
if (queue[i] != moved)
return moved;
}
}
return null;
}
remove和removeEq的区别是:remove删除equals为真的元素,removeEq删除==为真的元素。
最后就是扩容了。默认初始容量是11。当添加元素时如果数组已满就会进行扩容,调用grow方法。
private void grow(int minCapacity) {
int oldCapacity = queue.length;
// Double size if small; else grow by 50%
int newCapacity = oldCapacity + ((oldCapacity < 64) ?
(oldCapacity + 2) :
(oldCapacity >> 1));
// overflow-conscious code
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
queue = Arrays.copyOf(queue, newCapacity);
}
private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
if (minCapacity < 0) // overflow
throw new OutOfMemoryError();
return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
Integer.MAX_VALUE :
MAX_ARRAY_SIZE;
}
参数minCapacity:扩容后的最小容量
如果当前容量小于64,扩容后的容量为2capacity+2;
否则为 1.5capacity。
如果minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE 容量为Integer.MAX_VALUE。
如果minCapacity < 0,说明当前容量为Integer.MAX_VALUE,并且还需要更大的空间,这是会抛出OutOfMemoryError()。
基本就这些。