Java之栈与队列(双端队列,优先级队列)及相关API

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目录

一.栈

1.Java中关于栈的API

二.队列

三.双端队列

1.ArrayDeque

2.LinkedList

四.优先队列

1.大顶堆小顶堆

2.堆的基本操作

上浮+添加元素

下沉+删除

3.常见的方法


一.栈

1.Java中关于栈的API

Stack<Object> stack = new Stack<>();

入栈  stack.push(1)

出栈 stack.pop();

栈顶元素 stack.peek()

栈的元素个数 stack.size()

栈是否为空 stack.empty()

二.队列

可以使用双端队列实现,因为Queue是一个接口,无法直接实现

三.双端队列

双端队列,既可以实现栈的功能,也可以实现队列的功能

1.ArrayDeque

ArrayDeque是基于动态数组实现的

作为栈使用的常用的操作

入栈操作:

deque.push(1)      deque.addFirst(1)     deque.offerFirst(1)

出栈操作

deque.removeFirst()   deque.remove()   deque.pop()

查看栈顶元素

deque.peek()   deque.peekFirst()

作为队列使用的常用的操作

入队列操作:

deque.add(1)    deque.addLast(1)   deque.offerLast(1)   deque.offer(1)

出队列操作:

deque.poll()    deque.removeLast()

查看队列末端操作:

deque.peekLast()

查看双端队列的长度

int size = deque.size();

判断队列是否为空

boolean empty = deque.isEmpty();

2.LinkedList

LinkedList是基于链表实现的

与ArrayDeque几乎一样

四.优先队列

1.大顶堆小顶堆

堆:堆是一种非线性结构,可以把堆看作一棵二叉树,也可以看作一个数组

大顶堆:每个节点的值都大于或等于其左右孩子的值

arr[i] >= arr[2i+1] && arr[i] >= arr[2i+2]

小顶堆:每个节点的值都小于或等于其左右孩子的值

arr[i] <= arr[2i+1] && arr[i] <= arr[2i+2].

2.堆的基本操作

这里拿小顶堆举例

上浮+添加元素

上浮是往二叉堆添加元素用到的操作,它其实是不断的调整k的位置为父元素的位置直到满足条件为止

// 用数组表示堆
Object []objs = new Object[10];
/**
 * 上浮:
 * k表示堆的最后一个位置;
 * obj表示将要插入的元素。
 */
private void siftUp(int k, Object obj) {
    // 1. 判断k是否为根元素的位置0,如果是则直接赋值
    while(k>0) {
         // 2. 获取父元素的位置,parent = (k-1)/2
         int parent = (k-1) >>> 1;
         // 3. 如果父元素的优先级大于等于obj,跳出循环并插入obj
         if(objs[parent] >= obj) {
             break;
		 }
		 // 4. 如果父元素的优先级小于obj,将父元素赋值到k的位置,更改k为父元素的位置,继续循环
		 objs[k] = objs[parent];
		 k = parent;
    }
    // 5. 为obj赋值
    objs[k] = obj;
}
/**
 * 添加元素,不考虑数组扩容的情况。
 * 假设size表示当前堆包含的元素个数(注意不一定等于上面定义的10)
 */
public void add(Object obj) {
    if(size==0) {
        objs[0] = obj;
    } else {
        siftUp(size, obj);
        size++;
	}
}

下沉+删除

// 用数组表示堆
Object []objs = new Object[10];
/**
 * k被删除元素的位置;
 * obj堆的最后一个元素;
 *  假设size为当前堆包含元素的个数(不一定是上面定义的10)
 */
private void siftDown(int k, Object obj) {
    // 1. 找到最后一个元素的父节点的位置, (最后一个元素位置-1) / 2
    int parent = (size-1-1) >>> 1;
    // 2. 判断k是否在父节点位置之后,如果在之前则需要下沉操作
    while(k <= parent) {
    	// 3.获取k的左右子节点的位置
    	int left = k<<<2 +1;
    	int right = left+1;
    	// 4.选择左右子节点中优先级最高的一个
    	int best;
    	if (objs[left] > objs[right]) {
			best = left;
		} else {
			best = right;
		}
		// 5.判断obj和best的优先级谁高。如果obj优先级高,则跳出循环直接赋值,否则继续下沉
		if (obj >= objs[best]) {
			break;
		}
		objs[k] = objs[best];
		k = best;
    }
    // 6.赋值
    objs[k] = obj;
}

/**
 * 删除第p个元素。
 */
public void remove(int p) {
    // 1.获取最后一个元素
    Object obj = objs[size-1];
    // 2.如果p不等于最后一个元素
    if (p != size-1) {
		// 3.把最后一个元素和p进行下沉操作
    	siftDown(p, obj);
    	if(objs[p] == obj) {
			// 4. 上浮
			siftUp(p, obj);
		}
	}
	size--;
}

3.常见的方法

初始化

//小顶堆

PriorityQueue<Integer> queue = new PriorityQueue<>();

//大顶堆

PriorityQueue<Integer> queue = new PriorityQueue<>((a,b)->b-a);

入队列

queue.add(1)    queue.offer(1)

出队列

queue.remove()   queue.poll()

其他基本和上面的一样

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