Java最大优先队列设计与实现

news2024/12/25 14:41:54

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1、API设计

类名	MaxPriorityQueue
构造方法	MaxPriorityQueue(int capacity)：创建容量为capacity的MaxPriorityQueue对象
成员方法	private boolean less(int i,int j)：判断堆中索引i处的元素是否小于索引j处的元素 private void each(int i,int j):交换堆中i索引和j索引处的值 public T delMax():删除队列中最大的元素,并返回这个最大元素 public void insert(T t)：往队列中插入一个元素 private void swim(int k):使用上浮算法，使索引k处的元素能在堆中处于一个正确的位置 private void sink(int k):使用下沉算法，使索引k处的元素能在堆中处于一个正确的位置 public int size():获取队列中元素的个数 public boolean isEmpty():判断队列是否为空
成员变量	private T items：用来存储元素的数组 private int N：记录堆中元素的个数

2、代码实现

public class MaxPriorityQueue<T extends Comparable<T>> {

    private T[] items;

    private int size;

    public MaxPriorityQueue(int capacity){
        items = (T[]) new Comparable[capacity + 1];
        size = 0;
    }

    /**
     * 判断堆中索引i处的元素是否小于索引j处的元素
     * @param i
     * @param j
     * @return true
     */
    private boolean less(int i,int j){
        return items[i].compareTo(items[j]) < 0;
    }

    /**
     * 交换堆中i索引和j索引处的值
     * @param i
     * @param j
     */
   private void each(int i,int j){
       T temp = items[i];
       items[i] = items[j];
       items[j] = temp;
   }

    /**
     * 删除队列中最大的元素,并返回这个最大元素
     * @return
     */
   public T delMax(){
       T max = items[1];
       each(1,size);
       items[size] = null;
       size--;
       sink(1);
       return max;
   }

    /**
     * 往队列中插入一个元素
     * @param t
     */
   public void insert(T t){
      items[++size] = t;
      swim(size);
   }

    /**
     * 使用上浮算法，使索引k处的元素能在堆中处于一个正确的位置
     * @param k
     */
   private void swim(int k){
       while (1 < k){
           //比较k是否小于k/2，如果小于则交换元素
           if(less(k/2,k)){
               each(k/2,k);
           }
           k = k/2;
       }
   }

    /**
     * 使用下沉算法，使索引k处的元素能在堆中处于一个正确的位置
     * @param k
     */
   private void sink(int k){
       while (2 * k <= size){
           int max = 2 * k;
           //如果存在右子结点
           if(2 * k + 1 <= size){
               if(less(2*k,2*k+1)){
                   max = 2 * k + 1;
               }
           }
           //比较当前结点和子结点中的较大者，如果当前结点不小，则结束循环
           if(!less(k,max)){
               break;
           }
           each(k,max);
           k = max;
       }
   }

    /**
     * 获取队列中元素的个数
     * @return
     */
   public int size(){
       return size;
   }


    /**
     * 判断队列是否为空
     * @return
     */
    public boolean isEmpty(){
        return size == 0;
    }
}

测试类

public class MaxPriorityQueueTest {

    public static void main(String[] args) {
        String[] arr = {"A", "B", "C", "D", "E", "F", "G"};
        MaxPriorityQueue<String> queue = new MaxPriorityQueue(10);
        for (String s : arr) {
            queue.insert(s);
        }
        System.out.println(queue.size());
        String max;
        while (!queue.isEmpty()){
            max = queue.delMax();
            System.out.print(max+ " ");
        }
    }
}