PriorityQueue的用法和底层实现原理

PriorityQueue的用法

PriorityQueue是Java中的一个类，它实现了一个优先级队列。优先级队列是一种特殊的队列，元素按照优先级进行排序，优先级高的元素先出队列。下面将详细介绍PriorityQueue的用法。

首先，要使用PriorityQueue，需要导入java.util包。

创建一个PriorityQueue对象的语法如下：

PriorityQueue queue = new PriorityQueue();

其中，E表示元素的类型。创建PriorityQueue对象时可以指定初始容量和比较器，如果未指定，初始容量默认为11，比较器使用元素的自然顺序。

PriorityQueue类提供了如下常用方法：

• add(E e)：向队列添加元素。
• offer(E e)：向队列添加元素，如果队列已满返回false。
• remove()：移除队列的第一个元素并返回该元素。
• poll()：获取并移除队列的第一个元素，如果队列为空返回null。
• peek()：获取但不移除队列的第一个元素，如果队列为空返回null。
• size()：返回队列的大小。
• isEmpty()：判断队列是否为空。

示例：

PriorityQueue queue = new PriorityQueue();
queue.add(5);
queue.add(3);
queue.add(7);
System.out.println(queue.poll());  // 输出：3
System.out.println(queue.peek());  // 输出：5
System.out.println(queue.size());  // 输出：2
System.out.println(queue.isEmpty());  // 输出：false

PriorityQueue的底层实现原理

PriorityQueue的底层是通过二叉小顶堆（binary min heap）实现的。二叉堆是一种完全二叉树，且满足堆的性质，即父节点的值小于等于其子节点的值。

在PriorityQueue中，堆顶元素具有最高优先级，所以每次插入和删除操作都是针对堆顶元素进行的。

插入元素时，首先将元素添加到二叉树的最后一个位置，然后不断向上调整，直到满足堆的性质。

删除元素时，首先将堆顶元素与最后一个元素交换位置，然后删除最后一个元素，再从堆顶开始向下调整，直到满足堆的性质。

由于二叉堆是一种完全二叉树，可以使用数组来表示。数组中的第一个元素表示堆顶元素，对于任意位置i的元素，其左子节点在2*i+1处，右子节点在2*i+2处，父节点在(i-1)/2处。

PriorityQueue使用二叉小顶堆来实现优先级队列的好处是插入和删除操作的时间复杂度都是O(logN)，其中N是队列的大小。通过在二叉堆中调整元素的位置，保证了队列中元素的有序性，使得获取最高优先级元素的时间复杂度为O(1)。

总结：PriorityQueue是通过二叉小顶堆实现的优先级队列，插入和删除操作的时间复杂度为O(logN)。