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Java優先佇列PriorityQueue的各種打開方式以及一些你不知道的細節

2021-01-25 06:13:01 後端開發

目錄
  • Java優先佇列PriorityQueue的各種打開方式以及一些你不知道的細節
    • 優先佇列的默認用法—從小到大排序
    • 對String類用優先佇列從大到小排序
    • 通過自定義比較器對自定義的類進行從小到大排序
    • 通過自定義的類實作Comparable介面進行從大到小排序
    • 用lambda運算式優化比較器的使用

Java優先佇列PriorityQueue的各種打開方式以及一些你不知道的細節

未經作者允許，不可轉載，如有錯誤，歡迎指正o(￣▽￣)o

  • 首先我們知道用PriorityQueue這個類創建的物件是一個集合，然后呼叫api可以將一個個物件添加入集合，然后再通過api遍歷時，插入的元素就從小到大排序輸出，真的太神奇了！
  • 下面將介紹優先佇列的默認用法以及我想自己寫個類，然后扔到優先佇列中讓它也能從小到大排序怎么做？從大到小嘞？又或者我又想用系統的類比如String，但是我想按字典序從大到小能做嗎？
  • 題外話：每插入一個就會自動排序，這么強大的功能，效率一定不高吧？但如果你學過資料結構，想一下建堆的程序，以及堆排序中添加與調整堆的程序你就會發現，堆排序與優先佇列每次插入排序的功能是那么契合~
  • 下面的講解我嘗試用一種循序漸進的方式講述我知道的優先佇列，有經驗的讀者可能會覺得很啰嗦，但我還是覺得這能幫助你梳理一下知識點

優先佇列的默認用法—從小到大排序

我們先新建一個優先佇列，然后扔四個字符進去，然后用迭代器Iterator或者for-each方式遍歷列印，或者直接用println()列印，結果并非從小到大，而是（層序遍歷的堆，總之不是你要的~），事實上只有通過優先佇列定義的api才能按從小到大取出元素，比如remove方法

此時如果你對：

  1. 為什么能用for each形式可以列印集合有疑惑：這就要追根溯源到這個PriorityQueue類的來源，Java集合框架是一個大家族，它們由很多的介面定義了不同的功能，再由很多抽象類去逐步實作這些介面的功能，抽象類一代代繼承，最后得到如優先佇列這樣的最終實作類，而for each的遍歷方式是它的最上面的祖先Iterable介面中的一個方法，任何實作了Iterable介面的類都能用迭代器進行遍歷
  2. 為什么能System.out.println(XX);直接列印一個XX物件有疑惑：事實上只有實作了toString方法的類，才能在呼叫這個方法的時候轉化成字串再列印

回到我們的程式

public class PriorityQueueTest {
    public static void main(String[] args) {
        //這里String型別默認實作Comparable介面的 就是按字典序排序 從小大到
        //上面這個注釋你可能不太明白，看下去就會明白了~，現在無視它
        var pq = new PriorityQueue<String>();
        pq.add("B");
        pq.add("D");
        pq.add("A");
        pq.add("C");
        //通過迭代器和for each，以及println輸出的順序是（層序遍歷的堆）
        System.out.println(pq);
        for (String s : pq)
            System.out.print(s);
        System.out.println();
        Iterator iter = pq.iterator();
        while (iter.hasNext())
            System.out.print(iter.next());
        System.out.println();
        //isEmpty方法是AbstractCollection抽象類中的
        while (!pq.isEmpty())
            //remove方法按照優先佇列中定義的每次回傳最小的元素，并刪去該值
            //本例的最小是字典序最小，但是這個最小的概念是可以通過用戶自己定義的
            //怎么定義下面會講
            System.out.print(pq.remove());
        System.out.println();
        System.out.println(pq);
    }
}

輸出結果

[A, C, B, D]
ACBD
ACBD
//很顯然上三種列印的順序并非我們需要的（列印的是層序的堆），沒有實作從小到大排序
ABCD
[]

對String類用優先佇列從大到小排序

現在需要補充一個知識點：想要往優先佇列里放入一個物件，它就默認會去排序調整它在集合中的位置，與Java集合框架中的其他實作類一樣，而一切涉及排序功能的實作類，我們放入集合中的元素都必須實作了Comparable介面，或者在呼叫構造器時提供了Comparator物件為引數，這句話接下來會用示例講解~

  • 先來看一下String物件的原始碼，它能直接放入PriorityQueue類是因為它實作了Comparable介面的唯一一個方法compareTo，定義了兩個String以何種規則進行比較大小
//這是類的宣告部分，可以看到實作了Comparable介面，而這個介面就只有一個compareTo的抽象方法
public final class String
    implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence
//抽象方法的實作
public int compareTo(String anotherString) {
        byte v1[] = value;
        byte v2[] = anotherString.value;
        if (coder() == anotherString.coder()) {
            return isLatin1() ? StringLatin1.compareTo(v1, v2)
                              : StringUTF16.compareTo(v1, v2);
        }
        return isLatin1() ? StringLatin1.compareToUTF16(v1, v2)
                          : StringUTF16.compareToLatin1(v1, v2);
     }
  • 現在我們來實作將String類放入PriorityQueue，完成字典序從大到小排序，上面我們講了，要實作排序可以通過兩種方法，對放入PriorityQueue集合的類String實作介面（這是系統的類，final修飾，你想動你不給你機會動呀~，這里我們采用第二種方法，自定義一個Comparator物件傳入構造器，你可以理解為第一種方式需要放入的類自帶了排序規則，第二種方式是優先佇列定義了排序規則，必須有規則才能實作排序）

程式：

public class PriorityQueueTest {
    public static void main(String[] args) {
        //實體化一個比較器物件
        MyComparator myComparator = new MyComparator();

        //這里在優先佇列的構造方法中傳入比較器物件，設定排序規則
        var pq = new PriorityQueue<String>(myComparator);
        pq.add("B");
        pq.add("D");
        pq.add("A");
        pq.add("C");
        System.out.println(pq);
        //通過迭代器和for each輸出的順序是元素的層序的堆
        for (String s : pq)
            System.out.print(s);
        System.out.println();
        Iterator iter = pq.iterator();
        while (iter.hasNext())
            System.out.print(iter.next());
        System.out.println();
        //isEmpty方法是AbstractCollection抽象類中的
        while (!pq.isEmpty())
            //remove方法按照優先佇列中定義的每次回傳最小的元素
            //但是我們做了點手腳，讓大小反轉了，Java依舊是輸出小的，但是我們重新定義了字典序大的就是小
            System.out.print(pq.remove());
        System.out.println();
        System.out.println(pq);
    }
}
//這個自定義的比較器為優先佇列設定新的大小規則，
class MyComparator implements Comparator<String> {
    //來一下正負反轉實作從大到小的優先佇列，意思是字典序大的字串更小
    @Override
    public int compare(String o1, String o2) {
        return -1 * o1.compareTo(o2);
    }
}

輸出：

[D, C, A, B]
DCAB
DCAB
//分割線，下面就實作了從大到小的列印了，當然Java依舊遵守從小到大列印，只是你改動了其中的規則
DCBA
[]

通過自定義比較器對自定義的類進行從小到大排序

程式：對水果類用優先佇列排序，價格低的優先（更小），價格相同字典序小的優先（更小）

public class PriorityQueueTest {
    public static void main(String[] args) {
        MyComparator myComparator = new MyComparator();
        var pq = new PriorityQueue<Fruit>(myComparator);
        Fruit fruit1 = new Fruit(10, "Banana");
        Fruit fruit2 = new Fruit(10, "Peach");
        Fruit fruit3 = new Fruit(20, "Apple");
        Fruit fruit4 = new Fruit(30, "Apple");
        pq.add(fruit1);
        pq.add(fruit2);
        pq.add(fruit3);
        pq.add(fruit4);
        System.out.println(pq);
        while (!pq.isEmpty())
            System.out.print(pq.remove() + " ");
        System.out.println("\n" + pq);
    }
}

class Fruit {
    private int price;
    private String name;

    @Override
    public String toString() {
        return "Fruit{" +
                "price=" + price +
                ", name='" + name + '\'' +
                '}';
    }

    public Fruit(int price, String name) {
        this.price = price;
        this.name = name;
    }

    public int getPrice() {
        return price;
    }

    public void setPrice(int price) {
        this.price = price;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}

class MyComparator implements Comparator<Fruit> {

    @Override
    public int compare(Fruit o1, Fruit o2) {
        //價格相同就定義水果的名稱的字典序小的優先級更高（或者說更小）
        if (o1.getPrice() == o2.getPrice())
            return o1.getName().compareTo(o2.getName());
        //價格不同就價格小的優先級更高（更小），這里是>，回傳值正數表示這種情況下
            // 你定義左側比右側優先級更低（更大）,而優先佇列永遠是“小”的先輸出
        else
            return o1.getPrice() > o2.getPrice() ? 1 : -1;
    }
}

輸出：

[Fruit{price=10, name='Banana'}, Fruit{price=10, name='Peach'}, Fruit{price=20, name='Apple'}, Fruit{price=30, name='Apple'}]
//分割線
Fruit{price=10, name='Banana'} Fruit{price=10, name='Peach'} Fruit{price=20, name='Apple'} Fruit{price=30, name='Apple'} 
[]

通過自定義的類實作Comparable介面進行從大到小排序

程式：對水果類用優先佇列排序，價格大的優先，價格相同，字典序大的優先

public class PriorityQueueTest {
    public static void main(String[] args) {
        var pq = new PriorityQueue<Fruit>();
        Fruit fruit1 = new Fruit(10, "Banana");
        Fruit fruit2 = new Fruit(10, "Peach");
        Fruit fruit3 = new Fruit(20, "Apple");
        Fruit fruit4 = new Fruit(30, "Apple");
        pq.add(fruit1);
        pq.add(fruit2);
        pq.add(fruit3);
        pq.add(fruit4);
        System.out.println(pq);
        while (!pq.isEmpty())
            System.out.print(pq.remove() + " ");
        System.out.println("\n" + pq);
    }
}

class Fruit implements Comparable<Fruit>{
    private int price;
    private String name;

    @Override
    public String toString() {
        return "Fruit{" +
                "price=" + price +
                ", name='" + name + '\'' +
                '}';
    }

    public Fruit(int price, String name) {
        this.price = price;
        this.name = name;
    }

    public int getPrice() {
        return price;
    }

    public void setPrice(int price) {
        this.price = price;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public int compareTo(Fruit o) {
        if (this.getPrice() == o.getPrice())
            return this.getName().compareTo(o.getName()) * -1;
        else
            return this.getPrice() > o.getPrice() ? -1 : 1;
    }
}

輸出：

[Fruit{price=30, name='Apple'}, Fruit{price=20, name='Apple'}, Fruit{price=10, name='Peach'}, Fruit{price=10, name='Banana'}]
//分割線
Fruit{price=30, name='Apple'} Fruit{price=20, name='Apple'} Fruit{price=10, name='Peach'} Fruit{price=10, name='Banana'} 
[]

用lambda運算式優化比較器的使用

補充一個知識點吧：對于那些只帶有一個抽象方法的介面，又被稱之為函式式介面，所有能用函式式介面物件的地方，都能用lambda運算式代替（寫起來快一點，有時還能解耦合？）

舉個上面的栗子，Comparator介面就是一個函式式介面，下面是它的介面的宣告，@后面的寫的很清楚了，告訴你它是一個函式式介面~，所以偶爾看看這些類的實作對我們學習Java會有很大幫助

@FunctionalInterface
public interface Comparator<T>

下面用lambda運算式對上面那個，通過構造Comparator比較器物件，實作水果按價格和字典序從小到大排序例子進行優化

程式：

public class PriorityQueueTest {
    public static void main(String[] args) {
        //通過lambda運算式創建比較器介面物件
        Comparator<Fruit> comparator = (o1, o2) -> {
            //價格相同就定義水果的名稱的字典序小的優先級更高（或者說更小）
            if (o1.getPrice() == o2.getPrice())
                return o1.getName().compareTo(o2.getName());
                //價格不同就價格小的優先級更高（更小），這里是>，回傳值正數表示這種情況下
                // 你定義左側比右側優先級更低（更大）,而優先佇列永遠是“小”的先輸出
            else
                return o1.getPrice() > o2.getPrice() ? 1 : -1;
        };
        //這里和之前的比較器用法相同，函式式介面完美兼容lambda運算式
        var pq = new PriorityQueue<Fruit>(comparator);
        Fruit fruit3 = new Fruit(20, "Apple");
        Fruit fruit4 = new Fruit(30, "Apple");
        Fruit fruit1 = new Fruit(10, "Banana");
        Fruit fruit2 = new Fruit(10, "Peach");
        pq.add(fruit1);
        pq.add(fruit2);
        pq.add(fruit3);
        pq.add(fruit4);
        System.out.println(pq);
        while (!pq.isEmpty())
            System.out.print(pq.remove() + " ");
        System.out.println("\n" + pq);
    }
}

class Fruit {
    private int price;
    private String name;

    @Override
    public String toString() {
        return "Fruit{" +
                "price=" + price +
                ", name='" + name + '\'' +
                '}';
    }

    public Fruit(int price, String name) {
        this.price = price;
        this.name = name;
    }

    public int getPrice() {
        return price;
    }

    public void setPrice(int price) {
        this.price = price;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}

輸出：

[Fruit{price=10, name='Banana'}, Fruit{price=10, name='Peach'}, Fruit{price=20, name='Apple'}, Fruit{price=30, name='Apple'}]
//分割線
Fruit{price=10, name='Banana'} Fruit{price=10, name='Peach'} Fruit{price=20, name='Apple'} Fruit{price=30, name='Apple'} 
[]

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    本文首發于公眾號：Hunter后端 原文鏈接：Django筆記二十五之資料庫函式之日期函式 日期函式主要介紹兩個大類，Extract() 和 Trunc() Extract() 函式作用是提取日期，比如我們可以提取一個日期欄位的年份，月份，日等資料 Trunc() 的作用則是截取，比如 2022-0 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:23:45 more
  • 一天吃透JVM面試八股文

    什么是JVM？ JVM，全稱Java Virtual Machine（Java虛擬機），是通過在實際的計算機上仿真模擬各種計算機功能來實作的。由一套位元組碼指令集、一組暫存器、一個堆疊、一個垃圾回收堆和一個存盤方法域等組成。JVM屏蔽了與作業系統平臺相關的資訊，使得Java程式只需要生成在Java虛擬機 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:23:31 more
  • 使用Java接入小程式訂閱訊息！

    更新完微信服務號的模板訊息之后，我又趕緊把微信小程式的訂閱訊息給實作了！之前我一直以為微信小程式也是要企業才能申請，沒想到小程式個人就能申請。 訊息推送平臺🔥推送下發【郵件】【短信】【微信服務號】【微信小程式】【企業微信】【釘釘】等訊息型別。 https://gitee.com/zhongfuch ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:22:59 more
  • java -- 緩沖流、轉換流、序列化流

    緩沖流 緩沖流, 也叫高效流, 按照資料型別分類： 位元組緩沖流：BufferedInputStream，BufferedOutputStream 字符緩沖流：BufferedReader，BufferedWriter 緩沖流的基本原理，是在創建流物件時，會創建一個內置的默認大小的緩沖區陣列，通過緩沖 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:22:49 more
  • Java-SpringBoot-Range請求頭設定實作視頻分段傳輸

    老實說，人太懶了，現在基本都不喜歡寫筆記了，但是網上有關Range請求頭的文章都太水了 下面是抄的一段StackOverflow的代碼...自己大修改過的，寫的注釋挺全的，應該直接看得懂，就不解釋了 寫的不好...只是希望能給視頻網站開發的新手一點點幫助吧. 業務場景：視頻分段傳輸、視頻多段傳輸（理 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:22:42 more
  • Windows 10開發教程_編程入門自學教程_菜鳥教程-免費教程分享

    教程簡介 Windows 10開發入門教程 - 從簡單的步驟了解Windows 10開發，從基本到高級概念，包括簡介，UWP，第一個應用程式，商店，XAML控制元件，資料系結，XAML性能，自適應設計，自適應UI，自適應代碼，檔案管理，SQLite資料庫，應用程式到應用程式通信，應用程式本地化，應用程式 ......

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