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五、使用PriorityQueue创建大小堆,解决TOPK问题
一、PriorityQueue(堆)中插入对象
优先级队列在插入元素时有个要求:插入的元素不能是null或者元素之间必须要能够进行比较,为了简单起见,我们只是插入了Integer类型,那优先级队列中能否插入自定义类型对象呢?
class Card { public int rank; // 数值 public String suit; // 花色 public Card(int rank, String suit) { this.rank = rank; this.suit = suit; } } public class TestPriorityQueue { public static void TestPriorityQueue() { //Card自定义类型-->优先级队列实现 PriorityQueue<Card> p = new PriorityQueue<>(); p.offer(new Card(1, "♠")); p.offer(new Card(2, "♠")); } public static void main(String[] args) { TestPriorityQueue(); } }
优先级队列底层使用堆,而向堆中插入元素时,为了满足堆的性质,必须要进行元素的比较,而此时Card是没有办法直接进行比较的,因此抛出异常。
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二、元素的比较
2.1基本类型的比较
在Java中,基本类型的对象可以直接比较大小。
public class TestCompare { public static void main(String[] args) { int a = 10; int b = 20; System.out.println(a > b); System.out.println(a < b); System.out.println(a == b); char c1 = 'A'; char c2 = 'B'; System.out.println(c1 > c2); System.out.println(c1 < c2); System.out.println(c1 == c2); boolean b1 = true; boolean b2 = false; System.out.println(b1 == b2); System.out.println(b1 != b2); } }
2.2对象比较的问题
class Card { public int rank; // 数值 public String suit; // 花色 public Card(int rank, String suit) { this.rank = rank; this.suit = suit; } } public class TestPriorityQueue { public static void main(String[] args) { Card c1 = new Card(1, "♠"); Card c2 = new Card(2, "♠"); Card c3 = c1; //System.out.println(c1 > c2); // 编译报错 System.out.println(c1 == c2); // 编译成功 ----> 打印false,因为c1和c2指向的是不同对象 //System.out.println(c1 < c2); // 编译报错 System.out.println(c1 == c3); // 编译成功 ----> 打印true,因为c1和c3指向的是同一个对象 } }
c1、c2和c3分别是Card类型的引用变量,上述代码在比较编译时:
c1 > c2 编译失败
c1== c2 编译成功
c1 < c2 编译失败
从编译结果可以看出,Java中引用类型的变量不能直接按照 > 或者 < 方式进行比较。 那为什么==可以比较?因为:对于用户实现自定义类型,都默认继承自Object类,而Object类中提供了equal方法,而==默认情况下调用的就是equal方法,但是该方法的比较规则是:没有比较引用变量引用对象的内容,而是直接比较引用变量的地址,但有些情况下该种比较就不符合题意。
//源码 // Object中equal的实现,可以看到:直接比较的是两个引用变量的地址 public boolean equals(Object obj) { return (this == obj); }
三、对象的比较
向优先级队列中插入某个对象时,需要对按照对象中内容来调整堆,那该如何处理呢?
3.1覆写基类的equals
class Card { public int rank; // 数值 public String suit; // 花色 public Card(int rank, String suit) { this.rank = rank; this.suit = suit; } @Override public boolean equals(Object o) { // 自己和自己比较 if (this == o) { return true; } // o如果是null对象,或者o不是Card的子类 if (o == null || !(o instanceof Card)) { return false; } // 注意基本类型可以直接比较,但引用类型最好调用其equal方法 Card c = (Card)o; return rank == c.rank && suit.equals(c.suit); } }
注意:
1. 如果指向同一个对象,返回 true
2. 如果传入的为 null,返回 false
3. 如果传入的对象类型不是 Card,返回 false
4. 按照类的实现目标完成比较,例如这里只要花色和数值一样,就认为是相同的牌
5. 注意:调用其他引用类型的比较也需要 equals,例如这里的 suit 的比较
覆写基类equal的方式虽然可以比较,但缺陷是:equal只能按照相等进行比较,不能按照大于、小于的方式进行比较。
3.2基于Comparble接口类的比较
Comparble是JDK提供的泛型的比较接口类,源码实现具体如下:
public interface Comparable<E> { // 返回值: // < 0: 表示 this 指向的对象小于 o 指向的对象 // == 0: 表示 this 指向的对象等于 o 指向的对象 // > 0: 表示 this 指向的对象大于 o 指向的对象 int compareTo(E o); }
对于用户自定义类型,如果要想按照大小的方式进行比较时:在定义类时,实现Comparble接口即可,然后在类中重写compareTo方法。
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class Card implements Comparable<Card>{ public int rank; // 数值 public String suit; // 花色 public Card(int rank, String suit) { this.rank = rank; this.suit = suit; } @Override public boolean equals(Object o) { // 自己和自己比较 if (this == o) { return true; } // o如果是null对象,或者o不是Card的子类 if (o == null || !(o instanceof Card)) { return false; } // 注意基本类型可以直接比较,但引用类型最好调用其equal方法 Card c = (Card)o; return rank == c.rank && suit.equals(c.suit); } // 根据数值比较,不管花色 // 这里我们认为 null 是最小的 @Override public int compareTo(Card o) { if (o == null) { return 1; } return this.rank - o.rank; } } public class TestPriorityQueue { public static void main(String[] args){ Card p = new Card(1, "♠"); Card q = new Card(2, "♠"); Card o = new Card(1, "♠"); System.out.println(p.compareTo(o)); // == 0,表示牌相等 System.out.println(p.compareTo(q)); // < 0,表示 p 比较小 System.out.println(q.compareTo(p)); // > 0,表示 q 比较大 } }
Compareble是java.lang中的接口类,可以直接使用。
3.3基于比较器比较
按照比较器方式进行比较,具体步骤如下:
用户自定义比较器类,实现Comparator接口
//源码如下 public interface Comparator<T> { // 返回值: // < 0: 表示 o1 指向的对象小于 o2 指向的对象 // == 0: 表示 o1 指向的对象等于 o2 指向的对象 // > 0: 表示 o1 指向的对象等于 o2 指向的对象 int compare(T o1, T o2); }
覆写Comparator中的compare方法:
class CardComparator implements Comparator<Card> { // 根据数值比较,不管花色 // 这里我们认为 null 是最小的 @Override public int compare(Card o1, Card o2) { if (o1 == o2) { return 0; } if (o1 == null) { return -1; }if (o2 == null) { return 1; } return o1.rank - o2.rank; } public static void main(String[] args){ Card p = new Card(1, "♠"); Card q = new Card(2, "♠"); Card o = new Card(1, "♠"); // 定义比较器对象 CardComparator cmptor = new CardComparator(); // 使用比较器对象进行比较 System.out.println(cmptor.compare(p, o)); // == 0,表示牌相等 System.out.println(cmptor.compare(p, q)); // < 0,表示 p 比较小 System.out.println(cmptor.compare(q, p)); // > 0,表示 q 比较大 } }
注意:Comparator是java.util 包中的泛型接口类,使用时必须导入对应的包
3.4三种方式对比
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3.5代码实现
//年龄的比较器 //基于比较器实现对象的比较(大于等于小于) public class AgeComparator implements Comparator<Student>{ @Override public int compare(Student stu1,Student stu2){ if(stu1==stu2){ return 0; } if(stu1==null){ return -1; } if(stu2==null){ return 1; } return stu1.getAge()-stu2.getAge(); } } //基于比较器实现对象的比较(大于等于小于) public class NameComparator implements Comparator<Student>{ @Override public int compare(Student stu1,Student stu2){ if(stu1==stu2){ return 0; } if(stu1==null){ return -1; } if(stu2==null){ return 1; } return stu1.getName().compareTo(stu2.getName()); } } class Imp implements Comparator<Integer> { @Override public int compare(Integer o1, Integer o2) { return o2-o1; } } public class Student implements Comparable<Student>{ private int age; private String name; public Student(){} public Student(int age,String name){ this.age=age; this.name=name; } @Override public String toString(){ return "["+"姓名:"+name+",年龄:"+age+"]"; } //重写equals方法:只能实现相等的比较 @Override public boolean equals(Object obj){ if(this==obj){ return true; } if(obj==null||!(obj instanceof Student)){ return false; } Student stu=(Student)obj; return stu.age==this.age&&stu.name.equals(this.name); } @Override public int hashCode(){ return Objects.hash(age,name); } //重写conpareTo方法 @Override public int compareTo(Student stu){ //return stu.age-this.age; if(stu.name==null){ return 1; } return this.name.compareTo(stu.name); } public int getAge() { return age; } public void setAge(int age) { this.age = age; } public String getName() { return name; } public void setName(String name) { this.name = name; } //实现多个对象的排序 public static void bubbleSort(Comparable<Student>[] students){ boolean flag=true; if(flag==true){ flag=false; for (int i = 0; i < students.length-1; i++) { for (int j = 0; j < students.length-1-i; j++) { if(students[j].compareTo((Student) students[j+1])>0){ swap(students,j,j+1); } } } } } public static void swap(Comparable<Student>[] students,int i,int j){ Comparable<Student> tmp=students[i]; students[i]=students[j]; students[j]=tmp; } } public class Test { public static void main(String[] args) { Student stu1=new Student(21,"J杰"); Student stu2=new Student(19,"E杰"); Student stu3=new Student(21,"B晓东"); Student stu4=new Student(17,"C杰东"); Student stu5=new Student(16,"U王"); Student[] students={stu1,stu2,stu3,stu4,stu5}; //实现对年龄的比较: AgeComparator ageComparator=new AgeComparator(); System.out.println(ageComparator.compare(stu1, stu3)); System.out.println(ageComparator.compare(stu1, stu2)); System.out.println(stu1.compareTo(stu3)); System.out.println(stu1.compareTo(stu2)); //实现对姓名的比较: System.out.println("========="); NameComparator nameComparator=new NameComparator(); System.out.println(nameComparator.compare(stu1, stu2)); System.out.println(nameComparator.compare(stu1, stu3)); //实现对整体的比较: System.out.println("========="); System.out.println(stu1.equals(stu2)); System.out.println(stu1.equals(stu3)); System.out.println("=========="); System.out.println("对象实现冒泡排序"); Student.bubbleSort(students); System.out.println(Arrays.deepToString(students)); PriorityQueue<Student> priorityQueue = new PriorityQueue<>(nameComparator); priorityQueue.offer(s2); priorityQueue.offer(s1); Student ret = priorityQueue.poll(); System.out.println(ret); } }
四、集合框架中PriorityQueue的比较方式
集合框架中的PriorityQueue底层使用堆结构,因此其内部的元素必须要能够比大小,PriorityQueue采用了:Comparble和Comparator两种方式。
1. Comparble是默认的内部比较方式,如果用户插入自定义类型对象时,该类对象必须要实现Comparble接口,并覆写compareTo方法
2. 用户也可以选择使用比较器对象,如果用户插入自定义类型对象时,必须要提供一个比较器类,让该类实现Comparator接口并覆写compare方法。
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五、使用PriorityQueue创建大小堆,解决TOP-K问题
public class LessIntComp { @Override public int compare(Integer o1, Integer o2) { return o1 - o2; } } public class GreaterIntComp { @Override public int compare(Integer o1, Integer o2) { return o2 - o1; } } public class TestDemo { //求最小的K个数,通过比较器创建大根堆 public static int[] smallestK(int[] array, int k) { if(k <= 0) { return new int[k]; } GreaterIntComp greaterCmp = new GreaterIntComp(); PriorityQueue<Integer> maxHeap = new PriorityQueue<>(greaterCmp); //先将前K个元素,创建大根堆 for(int i = 0; i < k; i++) { maxHeap.offer(array[i]); } //从第K+1个元素开始,每次和堆顶元素比较 for (int i = k; i < array.length; i++) { int top = maxHeap.peek(); if(array[i] < top) { maxHeap.poll(); maxHeap.offer(array[i]); } } //取出前K个 int[] ret = new int[k]; for (int i = 0; i < k; i++) { int val = maxHeap.poll(); ret[i] = val; } return ret; } public static void main(String[] args) { int[] array = {4,1,9,2,8,0,7,3,6,5}; int[] ret = smallestK(array,3); System.out.println(Arrays.toString(ret)); } }