Java之集合PriorityQueue

Posted 2020-10-01 dark_saber

　　转载请注明源出处：http://www.cnblogs.com/lighten/p/7299233.html

1.前言

　　本章介绍队列中的PriorityQueue--优先队列，顾名思义，这是一个可以指定特定排序的队列。有些违背队列的先入先出，但是其是按照有序的出队列，也是一个比较实用的类。

2.PriorityQueue

　　PriorityQueue继承自抽象父类AbstractQueue，其数据结构依旧保持简单：

　　一个数组队列，一个大小，一个排序规则的比较器。如果比较器为null的时候，就按照元素自身的compareTo方法进行比较排序。这个队列和之前容器又在初始化的大小和扩容大小上不一致，其默认大小为11，大小小于64的时候扩容后为原来的3倍，大于64的时候，扩容后打下是原来的2倍。

　　PriorityQueue的add(E)方法和offer(E)方法是一样的。

　　先判断容量大小，再判断是否是第一个，最后进行排序。

　　这个排序看过去有些奇怪，怎么有parent，并且下标是(k-1)>>>1呢？其实这里的操作就反应了优先队列的真正数据结构，其实际上是一个二叉树，将二叉树存储在数组之中而已。根节点就是数组的0位。下图给出其具体结构：

　　上图就是随手画的一个二叉树，下面是对应的二叉树的数组中的位置。二叉树存入数组的方式很简单，就是从上到下，从左到右。PriorityQueue的是一个有特点的完全二叉树，且不允许出现null节点，其父节点都比叶子节点小，这个是堆排序中的小顶堆。如果按数组顺序我们可以得到如下结论：

　　　　左叶子节点=父节点下标*2+1

　　　　右叶子节点=父节点下标*2+2

　　　　父节点=(叶子节点-1)/2

　　插入节点也就比较好处理了，和父节点比较，大于父节点的就不动，小于父节点的就上浮，这就是siftUp方法的作用了。顺便一提，最小堆并不保证左右节点的大小关系，只关心父节点和子节点的关系。

　　由上面的叙述，不难看出优先队列如果不进行调整，是无法保证优先顺序的，子节点大小是无序的。所以每次出队列的都是根元素，根元素肯定是最小的。移除了一个元素后，树的结构势必会被破坏，所以每次的移除操作都会调整树，保证其符合定义。

　　siftDown就是用于做这样的调整的，其具体实现如下：

　　看代码就可以知道，其移除节点之后，是判断了左右节点小的那个进行上浮的，而后循环上浮。

　　移除任意一个位置的内容时，其是将最后一个元素取出来变成null了。然后调用siftDown，重新找到最后一个元素应该去的位置，其它元素填补移除位。一般而言这样就应该足够了，但是在某些情况下还需要进行后面的元素与前面进行交换。就像代码中所表现的一样，最后一个元素正好填补的是移除的那个空缺，此种情况下并不能说明该结构是正确的，造成这种现象的原因就在于优先队列并不保证左右的大小顺序，看下图就能很好理解问题所在，并且此种情况需要进行siftUp()，当发生这种异常的情况，才会返回这个异常值，其它时候都是返回null.

 

3.示意图

 　　移除任意位置的图就不再给出了，2小结结尾已经进行过说明，先进行一次siftDown，再进行一次siftUp。

 4.其它参考文章

　　http://www.cnblogs.com/CarpenterLee/p/5488070.html