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Java—PriorityQueue用法

article 2025/7/1 7:46:04

Java—PriorityQueue用法

PriorityQueue 是 Java 中基于优先级堆实现的一个队列，可以用来存储一组元素，并按照一定的优先级顺序访问这些元素。其中，优先级高的元素会被先访问。

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PriorityQueue 类位于 java.util 包中，是一个泛型类，可以存储任意类型的对象。

PriorityQueue 是基于二叉小顶堆（binary min-heap）实现的。

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堆是一种特殊的树形数据结构，其中每个节点的值都必须大于等于或小于等于其子树中每个节点的值，具体取决于是最小堆还是最大堆。
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在 PriorityQueue 中，堆的根节点（即顶部）总是具有最高（或最低，取决于比较器）优先级的元素。
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这使得可以在 O(log n) 的时间复杂度内获取并移除队列中优先级最高的元素，或者在常数时间内检索优先级最高的元素，这是 PriorityQueue 在处理优先级队列时的关键优势。
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在 PriorityQueue 内部，元素会被排序，排序规则由元素的自然顺序或者指定的 Comparator 决定。

offer(E e)：将指定元素插入到队列中。
peek()：获取队列头部的元素，但不删除该元素。如果队列为空，则返回 null。
poll()：获取并删除队列头部的元素。如果队列为空，则返回 null。
remove(Object o)：从队列中删除指定元素。
size()：获取队列中元素的数量。

import java.util.PriorityQueue;public class PriorityQueueExample {public static void main(String[] args) {// 创建一个空的 Priority Queue，默认元素按照自然顺序排序PriorityQueue<Integer> pq = new PriorityQueue<>();// 添加元素到 Priority Queuepq.offer(5);pq.offer(3);pq.offer(8);// 获取并删除队列头部的元素，按照优先级顺序输出while (!pq.isEmpty()) {System.out.println(pq.poll()); // 输出结果：3 5 8}// 创建一个自定义排序规则的 Priority QueuePriorityQueue<String> pq2 = new PriorityQueue<>((s1, s2) -> s2.length() - s1.length()); // 按照字符串长度降序排序// 添加元素到 Priority Queuepq2.offer("apple");pq2.offer("banana");pq2.offer("cherry");// 获取并删除队列头部的元素，按照自定义排序规则输出while (!pq2.isEmpty()) {System.out.println(pq2.poll()); // 输出结果：banana cherry apple}}
}

当使用 PriorityQueue 时，可以通过自然顺序或自定义 Comparator 来定义元素的排序规则。

1. 使用自然顺序排序：

import java.util.PriorityQueue;public class NaturalOrderExample {public static void main(String[] args) {// 使用自然顺序排序（整数）PriorityQueue<Integer> pq = new PriorityQueue<>();pq.offer(5);pq.offer(3);pq.offer(8);while (!pq.isEmpty()) {System.out.println(pq.poll()); // 输出结果：3 5 8}}
}

2. 使用自定义 Comparator 定义排序规则：

import java.util.Comparator;
import java.util.PriorityQueue;public class CustomComparatorExample {public static void main(String[] args) {// 使用自定义的 Comparator 来定义排序规则（字符串长度降序）PriorityQueue<String> pq = new PriorityQueue<>(Comparator.comparingInt(String::length).reversed());pq.offer("apple");pq.offer("banana");pq.offer("cherry");while (!pq.isEmpty()) {System.out.println(pq.poll()); // 输出结果：banana cherry apple}}
}

3. 使用自定义对象和 Comparator ：

import java.util.Comparator;
import java.util.PriorityQueue;class Person {private String name;private int age;public Person(String name, int age) {this.name = name;this.age = age;}public String getName() {return name;}public int getAge() {return age;}
}public class CustomObjectComparatorExample {public static void main(String[] args) {// 使用自定义的 Comparator 来定义排序规则（按照年龄升序）PriorityQueue<Person> pq = new PriorityQueue<>(Comparator.comparingInt(Person::getAge));pq.offer(new Person("Alice", 25));pq.offer(new Person("Bob", 30));pq.offer(new Person("Charlie", 20));while (!pq.isEmpty()) {Person person = pq.poll();System.out.println(person.getName() + " - " + person.getAge());}}
}

当需要将 PriorityQueue 定义为最大堆时，可以使用 `Collections.reverseOrder()` 方法来反转元素的自然顺序或者指定的 Comparator，从而实现最大堆的效果。

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import java.util.Collections;
import java.util.PriorityQueue;public class MaxHeapExample {public static void main(String[] args) {// 使用 Collections.reverseOrder() 反转自然顺序，定义 PriorityQueue 为最大堆PriorityQueue<Integer> maxHeap = new PriorityQueue<>(Collections.reverseOrder());maxHeap.offer(5);maxHeap.offer(3);maxHeap.offer(8);while (!maxHeap.isEmpty()) {System.out.println(maxHeap.poll()); // 输出结果：8 5 3}}
}