【数据结构趣味多】优先级队列——堆

简介: 【数据结构趣味多】优先级队列——堆

1. 优先级队列

概念:

       队列是一种先进先出(FIFO)的数据结构,但有些情况下,操作的数据可能带有优先级,一般出队列时,可能需要优先级高的元素先出队列,该中场景下,使用队列显然不合适,比如:在手机上玩游戏的时候,如果有来电,那么系统应该优先处理打进来的电话;初中那会班主任排座位时可能会让成绩好的同学先挑座位。

       在这种情况下,数据结构应该提供两个最基本的操作,一个是返回最高优先级对象,一个是添加新的对象。这种数据结构就是优先级队列(Priority Queue)。


2. 优先级队列的模拟实现

JDK1.8中的PriorityQueue底层使用了堆这种数据结构,而堆实际就是在完全二叉树的基础上进行了一些调整。

2.1 堆的概念

概念:

如果有一个关键码的集合K = {k0,k1, k2,…,kn-1},把它的所有元素按完全二叉树的顺序存储方式存储 在一个一维数组中,并满足:Ki <= K2i+1 且 Ki<= K2i+2 (Ki >= K2i+1 且 Ki >= K2i+2) i = 0,1,2…,则称为 小堆(或大堆)。将根节点最大的堆叫做最大堆或大根堆,根节点最小的堆叫做最小堆或小根堆。


性质:

堆中某个节点的值总是不大于或不小于其父节点的值

堆总是一棵完全二叉树。


3.常用接口介绍

3.1 PriorityQueue的特性

Java集合框架中提供了PriorityQueue和PriorityBlockingQueue两种类型的优先级队列

程不安全的,PriorityBlockingQueue是线程安全的。



关于PriorityQueue的使用要注意:

使用时必须导入PriorityQueue所在的包,如下:


import java.util.PriorityQueue;

PriorityQueue中放置的元素必须要能够比较大小,不能插入无法比较大小的对象,否则会抛出ClassCastException异常

不能插入null对象,否则会抛出NullPointerException

没有容量限制,可以插入任意多个元素,其内部可以自动扩容

插入和删除元素的时间复杂度是O(log2N)

PriorityQueue底层使用了堆数据结构

PriorityQueue默认情况下是小堆---即每次获取到的元素都是最小的元素


4.堆的应用思想

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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