Java数据结构：队列（Queue）

Queue 队列

Queue 接口的定义形式是：

public interface Queue<E> extends Collection<E>

队列可以让人们有效的在尾部添加一个元素，在头部删除一个元素。是一种先入先出（FIFO ）的数据结构。
双端队列可以让人们有效的在头部和尾部同时添加或删除元素，不支持在队列中间添加元素。
在Java SE 6 中引入了Deque接口，并由 ArrayDeque 和 LinkedLisk 类实现。这两个类都提供了双端队列，而且在必要时可以增加队列的长度。

Collection接口继承树

由上图可以看出Queue类也可以用 LinkedList实现
```
  Queue<E> queue = new LinkedList<E>();
```

1. API

类型	方法名	功能
boolean	add(E element)	将元素element插入到队列的尾部
boolean	offer(E element)	将元素element插入到队列的尾部，如果队列已满，返回null
E	remove()	删除并返回队列头部元素
E	poll()	删除并返回队列头部元素，如果队列为空，返回null
E	element()	返回队列头部元素，但是不会删除该元素
E	peek()	返回队列头部元素，但是不会删除该元素，如果队列为空，返回null

1.1 java.util.Queue< E > 5.0

boolean add(E element)
boolean offer(E element) //加入
E remove()
E poll()				 //移除
E element()
E peek()				 //获取元素

注1：如果队列没有满， add 与 offer 方法会将给定的元素添加到队列的尾部并返回 true,如果队列已满，add方法将会抛出一个 IllegalStateException 异常，而offer方法会返回 false

注2：如果队列没有空，remove 与 poll 方法会删除并返回队列头部元素；如果队列为空，remove方法会抛出一个 NoSuchElementException异常，poll方法会返回 null

注3：如果队列没有空，element 与 peek 方法会返回队列头部元素，但是不会删除；如果队列为空，element方法会抛出一个 NoSuchElementException异常，peek方法会返回 null

1.2 java.util.Deque< E > 6

类型	方法名	功能
void	addFirst(E element)	给定的对象添加到双端队列的头部
void	addLast(E element)	给定的对象添加到双端队列的尾部
boolean	offerFirst(E element)	给定的对象添加到双端队列的头部，如果队列满了，返回false
boolean	offerLast(E element)	给定的对象添加到双端队列的尾部，如果队列满了，返回false
E	removeFirst()	删除并返回队列头部的元素
E	removeLast()	删除并返回队列尾部的元素
E	pollFirst()	删除并返回队列头部的元素，如果队列为空，返回null
E	pollLast()	删除并返回队列尾部的元素，如果队列为空，返回null
E	getFirst()	返回队列头部元素，但是不会删除该元素
E	getLast()	返回队列尾部元素，但是不会删除该元素
E	peekFirst()	返回队列头部元素，但是不会删除该元素，如果队列为空，返回null
E	peekLast()	返回队列尾部元素，但是不会删除该元素，如果队列为空，返回null

void addFirst(E element)
void addLast(E element)
boolean offerFirst(E element)
boolean offerLast(E element)

将给定的对象添加到双端队列的头部或尾部。如果队列满了，前面两个方法将抛出一个 IllegalStateException 异常，后面两个方法返回false。

E removeFirst()
E removeLast()
E pollFirst()
E pollLast()

如果队列没有空，删除并返回队列头部的元素。如果队列为空，前面两个方法将抛出一个 NoSuchElemtentException 异常，而后面两个方法返回null。

E getFirst()
E getLast()
E peekFirst()
E peekLast()

如果队列没有空，返回队列头部的元素，但不删除。如果队列为空，前面两个方法将抛出一个 NoSuchElemtentException 异常，而后面两个方法返回null。

1.3 java.util.ArrayDeque< E > 5

ArrayDeque()
ArrayDeque(int initialCapacity)

用初始容量(Initial Capacity) 16 或给定的初始容量构造一个无限双端队列.

1.4 代码演示（用队列求交集）

	当然求交集还可以运用hash散列的方式更快的求得；

package 数据结构;
import java.util.*;

public class Main {

	public static void main(String[] args) {
		// TODO Auto-generated method stub
		Scanner cin = new Scanner(System.in);
		Queue<Integer> q1 = new LinkedList<Integer>();
		Queue<Integer> q2 = new LinkedList<Integer>();
		
		int n = cin.nextInt();
		int tmp = n;
		while(tmp-->0) {
			int s = cin.nextInt(),t = cin.nextInt();
			for(int i=s;i<t;i++) {
				q1.offer(i);
			}
		}
		tmp = n;
		while(tmp-->0) {
			int s = cin.nextInt(),t = cin.nextInt();
			for(int i=s;i<t;i++) {
				q2.offer(i);
			}
		}
		int cnt = 0;
		while(!q1.isEmpty() && !q2.isEmpty()) {
			if(q1.peek() > q2.peek())
				q2.poll();
			else if(q1.peek()<q2.peek())
				q1.poll();
			else {
				cnt++;
				q1.poll();
				q2.poll();
			}
		}
		System.out.println(cnt);
	}

}

2. 优先级队列

2.1 优先队列的特点

优先级队列（priority queue）中的元素可以按照任意的顺序输入，却总是按照排序的顺序进行检索。也就是说，无论何时调用 poll 方法，总会获得当前优先级队列中最小的元素。然而，优先级队列并没有对所有的元素进行排序。如果使用迭代的方式处理这些元素，并不需要对它们进行排序。
优先级队列使用了一个优雅且高效的数据结构，称为堆 (heap) 。堆是一个可以可以自我调整的二叉树，对树执行 offer 和 poll 操作，可以让最小的元素移动到根，而不必花费时间对元素进行排序。
与 TreeSet 一样，一个优先级队列既可以保存实现了 Comparable 接口的类对象，也可以保存在构造器中提供的 Comparator 对象。
使用优先级队列的典型示例是任务调度。每一个任务有一个优先级，任务以随机顺序添加到队列中。每当启动一个新的任务时，都将优先级最高的任务从队列中删除（由于习惯上将 1设为“ 最高” 优先级，所以会将最小的元素删除)。
与 TreeSet 中的迭代不同，这里的迭代并不是按照元素的排列顺序访问的。而删除却总是删掉剩余元素中优先级数最小的那个元素。

2.2 优先队列的方法

方法名	功能
PriorityQueue()
PriorityQueue(int initialCapacity)	构造一个用于存放 Comparable 对象的优先级队列。
ProrityQueue(int initialCapacity, Comparator ? super E> c)	构造一个优先级队列，并用指定的比较器对元素进行排序。

2.3 示例代码

package 数据结构;
import java.util.*;

class Person
{
	private String name;
	private int population;
	public Person() {};
	public Person(String name, int population) {
		this.name = name;
		this.population = population;
	}
	public String getName() {
		return this.name;
	}
	public int getPopulation() {
		return this.population;
	}
	public String toString() {
		return getName()+" - " + getPopulation();
	}
}


public class Main {
	public static void main(String[] args) {
		// TODO Auto-generated method stub
		Scanner cin = new Scanner(System.in);
		Comparator<Person> cmp = new Comparator<Person>() {
			public int compare(Person arg0, Person arg1) {
				// TODO Auto-generated method stub
				int num_a = arg0.getPopulation();
				int num_b = arg1.getPopulation();
				if(num_a < num_b) return 1;
				else if(num_a > num_b) return -1;
				else return 0;
				
			}
		};
		Queue<Person> priorityQueue = new PriorityQueue<Person>(11,cmp);
		
		Person p1 = new Person("p1",1);
		Person p2 = new Person("p2",3);
		Person p3 = new Person("p3",2);
		Person p4 = new Person("p4",0);
		priorityQueue.offer(p1);
		priorityQueue.offer(p2);
		priorityQueue.offer(p3);
		priorityQueue.offer(p4);
		System.out.println(priorityQueue.poll().toString());
		System.out.println(priorityQueue.poll().toString());
		System.out.println(priorityQueue.poll().toString());
		System.out.println(priorityQueue.poll().toString());
	}

}

运行结果：
结果分析：这里按照 Comparator 方法写的排序，如果改变 Comparator 方法结果会改变；

未完持续……

参考文献 & 博客

Java核心技术卷Ⅰ基础知识（原书第10版）/（美）凯S.霍斯特曼（Cay S. Horstmann）机械工业出版社
Java程序设计教程
算法导论（原书第3版）/ （美）Thomas H.Cormen 机械工业出版社
数据结构 java语言描述（原书第3版）/ （美） Michael Main 机械工业出版社
https://www.cnblogs.com/vachester/p/5840217.html 堆和优先队列
https://www.cnblogs.com/nayitian/p/3266090.html#collectionframe （Java：集合，Collection接口框架图）
http://www.importnew.com/6932.html （Java优先队列（PriorityQueue）示例）
https://blog.csdn.net/hiphopmattshi/article/details/7334487?utm_source=blogxgwz0 （java中PriorityQueue优先级队列使用样例）
https://blog.csdn.net/cquzhengdayday/article/details/72514900 （浅谈堆以及java优先队列的详细使用）

posted @ 2018-10-26 23:14 Coder_L 阅读(487) 评论(0) 编辑收藏举报

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