前言

      大家好，我目前在学习java。之前也学了一段时间，但是没有发布博客。时间过的真的很快。我会利用好这个暑假，来复习之前学过的内容，并整理好之前写过的博客进行发布。如果博客中有错误或者没有读懂的地方。热烈欢迎大家在评论区进行讨论！！！

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本篇博客主要讲解Java基础语法中的

优先级队列、PriorityQueue的特性、常用方法介绍、编程题练习

在上文中，我们已经讲到了优先级队列的概念。本篇文章，我们将更加深入的讲解优先级队列。

《Java初阶数据结构》----6.＜优先级队列之PriorityQueue底层：堆＞

一、 PriorityQueue优先级队列

1.1 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，PriorityQueue是线程不安全的，PriorityBlockingQueue是线程安全的，本文主要介绍PriorityQueue。

 

关于PriorityQueue的使用要注意：

1. 使用时必须导入PriorityQueue所在的包，即：  

import java.util.PriorityQueue;

2. 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

3. 不能插入null对象，否则会抛出NullPointerException

4. 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

5. 插入和删除元素的时间复杂度为

6. PriorityQueue底层使用了堆数据结构

7. 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

1.2PriorityQueue常用方法介绍

. 优先级队列的构造：

1.PriorityQueue中常见的几种构造方式

代码示例： 

static void TestPriorityQueue(){// 创建一个空的优先级队列，底层默认容量是11PriorityQueue<Integer> q1 = new PriorityQueue<>();// 创建一个空的优先级队列，底层的容量为initialCapacityPriorityQueue<Integer> q2 = new PriorityQueue<>(100);ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();list.add(4);list.add(3);list.add(2);list.add(1);// 用ArrayList对象来构造一个优先级队列的对象// q3中已经包含了三个元素PriorityQueue<Integer> q3 = new PriorityQueue<>(list);System.out.println(q3.size());System.out.println(q3.peek());}

 注意：默认情况下，PriorityQueue队列是小堆，如果需要大堆需要用户提供比较器

用户自己定义的比较器：直接实现Comparator接口，然后重写该接口中的compare方法即可 

// 用户自己定义的比较器：直接实现Comparator接口，然后重写该接口中的compare方法即可
class IntCmp implements Comparator<Integer>{@Overridepublic int compare(Integer o1, Integer o2) {return o2-o1;}
}public class TestPriorityQueue {public static void main(String[] args) {PriorityQueue<Integer> p = new PriorityQueue<>(new IntCmp());p.offer(4);p.offer(3);p.offer(2);p.offer(1);p.offer(5);System.out.println(p.peek());}
}

 此时创建出来的就是一个大堆。

2. 插入/删除/获取优先级最高的元素

 

static void TestPriorityQueue2(){int[] arr = {4,1,9,2,8,0,7,3,6,5};// 一般在创建优先级队列对象时，如果知道元素个数，建议就直接将底层容量给好// 否则在插入时需要不多的扩容// 扩容机制：开辟更大的空间，拷贝元素，这样效率会比较低PriorityQueue<Integer> q = new PriorityQueue<>(arr.length);for (int e: arr) {q.offer(e);}System.out.println(q.size());   // 打印优先级队列中有效元素个数System.out.println(q.peek());   // 获取优先级最高的元素// 从优先级队列中删除两个元素之和，再次获取优先级最高的元素q.poll();q.poll();System.out.println(q.size());   // 打印优先级队列中有效元素个数System.out.println(q.peek());   // 获取优先级最高的元素q.offer(0);System.out.println(q.peek());   // 获取优先级最高的元素// 将优先级队列中的有效元素删除掉，检测其是否为空q.clear();if(q.isEmpty()){System.out.println("优先级队列已经为空!!!");}else{System.out.println("优先级队列不为空");}
}

注意：以下是JDK 1.8中，PriorityQueue的扩容方式： 

private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
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 codeif (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);queue = Arrays.copyOf(queue, newCapacity);
}
private static int hugeCapacity(int minCapacity) {if (minCapacity < 0) // overflowthrow new OutOfMemoryError();return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ? Integer.MAX_VALUE : MAX_ARRAY_SIZE;}

优先级队列的扩容说明：

• 如果容量小于64时，是按照oldCapacity的2倍方式扩容的
• 如果容量大于等于64，是按照oldCapacity的1.5倍方式扩容的
• 如果容量超过MAX_ARRAY_SIZE，按照MAX_ARRAY_SIZE来进行扩容

 1.3编程题练习

最小k个数

class Solution {public int[] smallestK(int[] arr, int k) {// 参数检测if(null == arr || k <= 0)return new int[0];PriorityQueue<Integer> q = new PriorityQueue<>(arr.length);// 将数组中的元素依次放到堆中for(int i = 0; i < arr.length; ++i){q.offer(arr[i]);}// 将优先级队列的前k个元素放到数组中int[] ret = new int[k];for(int i = 0; i < k; ++i){ret[i] = q.poll();}return ret;}
}

该解法只是PriorityQueue的简单使用，并不是topK最好的做法，那topk该如何实现？

class Solution {public int[] smallestK(int[] arr, int k) {int[] vec = new int[k];Arrays.sort(arr);for (int i = 0; i < k; ++i) {vec[i] = arr[i];}return vec;}
}