Java for Beginner

PriorityQueue, принципы работы и внутреннее устройство

PriorityQueue — это класс из пакета java.util, который реализует интерфейс Queue. В отличие от обычной очереди (FIFO), PriorityQueue основана на приоритетах элементов. Приоритет определяется с помощью естественного порядка элементов или через предоставленный компаратор.

import java.util.PriorityQueue;

public class PriorityQueueExample {
    public static void main(String[] args) {
        PriorityQueue<Integer> priorityQueue = new PriorityQueue<>();

        priorityQueue.add(4);
        priorityQueue.add(1);
        priorityQueue.add(3);

        while (!priorityQueue.isEmpty()) {
            System.out.println(priorityQueue.poll());
        }
    }
}

В этом примере PriorityQueue автоматически упорядочивает элементы, так что при удалении элементов они извлекаются в порядке возрастания: 1, 3, 4.

Принципы работы PriorityQueue

Естественный порядок или компаратор: Элементы могут упорядочиваться на основе их естественного порядка (если элементы реализуют интерфейс Comparable) или на основе компаратора, предоставленного при создании очереди.
Бинарная куча (Binary Heap): Внутренняя реализация PriorityQueue основана на бинарной куче, которая является частично упорядоченным двоичным деревом. Это позволяет эффективно добавлять элементы и извлекать минимальный элемент.
Время выполнения операций: Основные операции PriorityQueue (вставка, удаление минимального элемента) выполняются за логарифмическое время O(log n), где n — количество элементов в очереди.

Внутреннее устройство PriorityQueue

PriorityQueue использует массив для хранения элементов, которые упорядочиваются в соответствии с правилами бинарной кучи. Дочерние элементы имеют более низкий приоритет по сравнению с родительскими элементами.

public class PriorityQueue<E> extends AbstractQueue<E> implements Serializable {
    private static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 11;
    private Object[] queue;
    private int size;
    private final Comparator<? super E> comparator;

    public PriorityQueue() {
        this(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY, null);
    }

    public PriorityQueue(int initialCapacity) {
        this(initialCapacity, null);
    }

    public PriorityQueue(int initialCapacity, Comparator<? super E> comparator) {
        if (initialCapacity < 1)
            throw new IllegalArgumentException();
        this.queue = new Object[initialCapacity];
        this.comparator = comparator;
    }

    // Основные методы: add, poll, offer, remove, etc.
}

Ссылки на полезные статьи (спасибо авторам за проделанную работу) :
https://www.baeldung.com/java-priorityqueue
https://sky.pro/media/ispolzovanie-priorityqueue-v-java/

#Java #Training #Medium #PriorityQueue

Baeldung

Guide to Java PriorityQueue | Baeldung

A quick and practical guide to Java's PriorityQueue.

👍1

191 viewsДен, 05:13

Java for Beginner

Основные методы PriorityQueue и примеры использования

add(E e):
Добавляет элемент в очередь. Если элемент null, выбрасывает NullPointerException.

PriorityQueue<Integer> pq = new PriorityQueue<>();
pq.add(10);
pq.add(20);
pq.add(15);

offer(E e):
Добавляет элемент в очередь. Возвращает true, если элемент был успешно добавлен, и false в противном случае.

pq.offer(5);

poll():
Возвращает и удаляет элемент с наивысшим приоритетом (минимальный элемент). Возвращает null, если очередь пуста.

Integer top = pq.poll(); // Возвращает 5 и удаляет его из очереди

peek():
Возвращает элемент с наивысшим приоритетом, но не удаляет его. Возвращает null, если очередь пуста.

Integer top = pq.peek(); // Возвращает 10, но не удаляет его

remove(Object o):
Удаляет указанный элемент из очереди, если он присутствует. Возвращает true, если элемент был успешно удален, и false в противном случае.

boolean removed = pq.remove(15); // Удаляет элемент 15

contains(Object o):
Проверяет, присутствует ли указанный элемент в очереди. Возвращает true, если элемент найден, и false в противном случае.

boolean contains = pq.contains(20); // Проверяет наличие элемента 20

size():
Возвращает количество элементов в очереди.

int size = pq.size(); // Возвращает количество элементов в очереди

Примеры использования

Реализация задачи с приоритетом:

import java.util.PriorityQueue;
import java.util.Comparator;

class Task {
    private String name;
    private int priority;

    public Task(String name, int priority) {
        this.name = name;
        this.priority = priority;
    }

    public int getPriority() {
        return priority;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return name + ": " + priority;
    }
}

class TaskComparator implements Comparator<Task> {
    public int compare(Task t1, Task t2) {
        return Integer.compare(t1.getPriority(), t2.getPriority());
    }
}

public class TaskScheduler {
    public static void main(String[] args) {
        PriorityQueue<Task> taskQueue = new PriorityQueue<>(new TaskComparator());

        taskQueue.add(new Task("Task 1", 2));
        taskQueue.add(new Task("Task 2", 1));
        taskQueue.add(new Task("Task 3", 3));

        while (!taskQueue.isEmpty()) {
            System.out.println(taskQueue.poll());
        }
    }
}

Использование с Comparator для обратного порядка:

PriorityQueue<Integer> reversePQ = new PriorityQueue<>(Comparator.reverseOrder());

reversePQ.add(10);
reversePQ.add(20);
reversePQ.add(15);

while (!reversePQ.isEmpty()) {
    System.out.println(reversePQ.poll());
}

Модель с приоритетом задач на основе времени выполнения:

import java.util.PriorityQueue;

class Job implements Comparable<Job> {
    private String jobName;
    private int executionTime;

    public Job(String jobName, int executionTime) {
        this.jobName = jobName;
        this.executionTime = executionTime;
    }

    @Override
    public int compareTo(Job other) {
        return Integer.compare(this.executionTime, other.executionTime);
    }

    @Override
    public String toString() {
        return jobName + ": " + executionTime;
    }
}

public class JobScheduler {
    public static void main(String[] args) {
        PriorityQueue<Job> jobQueue = new PriorityQueue<>();

        jobQueue.add(new Job("Job 1", 30));
        jobQueue.add(new Job("Job 2", 10));
        jobQueue.add(new Job("Job 3", 20));

        while (!jobQueue.isEmpty()) {
            System.out.println(jobQueue.poll());
        }
    }
}

#Java #Training #Medium #PriorityQueue

208 viewsДен, 14:00

Java for Beginner

Раздел 6. Коллекции в Java

Глава 4. Queue и Deque

Реализации: PriorityQueue, LinkedList как очередь. Применение: обработка задач, хранение заявок

Интерфейс Queue<E> имеет несколько реализаций в JCF, каждая оптимизирована под разные сценарии. Сегодня фокус на PriorityQueue и LinkedList (как Queue). Эти реализации демонстрируют разнообразие: от строгого FIFO до приоритетной обработки.

LinkedList<E> как Queue

LinkedList — это двусвязный список (doubly-linked list), который реализует Queue<E> (а также List<E> и Deque<E>). Как очередь, она идеальна для FIFO: добавление в конец, извлечение из начала.

Особенности:
FIFO: Строго соблюдается порядок добавления.
Уникальность: Нет, дубликаты разрешены.
Null: Разрешен (LinkedList позволяет null элементы).
Big O: O(1) для offer (добавление в конец), poll (извлечение из начала), peek (просмотр начала). Contains — O(n), так как перебор списка.

Внутренняя работа: Каждый элемент — узел (node) с ссылками на prev и next. Добавление — создание узла и обновление ссылок. Извлечение — удаление первого узла и сдвиг ссылок.

Нюансы:
Эффективна для частых вставок/удалений в концах (O(1)), но медленная для середины (O(n)).
Память: Выше, чем у ArrayDeque (из-за ссылок на prev/next).
Thread-safety: Нет — для многопоточности используйте BlockingQueue.
Дополнительно: Как Deque, поддерживает добавление/извлечение с обоих концов (об этом в следующем уроке).
Когда использовать: Для простых FIFO-очередей с небольшим размером, или когда нужна универсальность (Queue + List).

Пример кода для LinkedList как Queue:

javaimport java.util.LinkedList;
import java.util.Queue;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Queue<String> queue = new LinkedList<>();
        queue.offer("Задача 1");  // Добавление в конец
        queue.offer("Задача 2");
        queue.offer("Задача 3");
        System.out.println(queue);  // [Задача 1, Задача 2, Задача 3] — FIFO порядок

        System.out.println(queue.peek());  // Задача 1 (просмотр)
        System.out.println(queue.poll());  // Задача 1 (извлечение)
        System.out.println(queue);         // [Задача 2, Задача 3]

        queue.offer(null);  // Разрешен null
        System.out.println(queue.poll());  // Задача 2
    }
}

Вывод: Показывает FIFO — элементы извлекаются в порядке добавления, null разрешен.

PriorityQueue<E>

PriorityQueue — это приоритетная очередь на основе кучи (binary heap, min-heap по умолчанию). Она не следует FIFO, а извлекает элементы по приоритету (минимальный первый для натуральных типов).

Особенности:
FIFO: Нет — приоритетный порядок (по Comparable или Comparator).
Уникальность: Нет, дубликаты разрешены.
Null: Не разрешен (NullPointerException).
Big O: O(log n) для offer (вставка в кучу), poll (извлечение минимума с перестройкой), peek — O(1). Contains — O(n), так как перебор.

Внутренняя работа: Хранит элементы в массиве как бинарную кучу. При добавлении/извлечении перестраивает кучу (heapify) для поддержания свойства: родитель <= дети. Приоритет определяется compareTo() или Comparator.

Нюансы:
Порядок итерации: Не гарантирован (куча не sorted list).
Comparator: Передайте при создании: new PriorityQueue<>((a, b) -> b - a) для max-heap.
Размер: Resizable, initial capacity 11.
Thread-safety: Нет — используйте PriorityBlockingQueue для потоков.
Custom объекты: Должны реализовывать Comparable<E> или предоставить Comparator, иначе ClassCastException.
Когда использовать: Для задач с приоритетами (например, планировщик задач, Dijkstra алгоритм).

#Java #для_новичков #beginner #Collections #PriorityQueue #LinkedList

👍1

49 views08:58

Java for Beginner

Пример кода для PriorityQueue:

javaimport java.util.PriorityQueue;
import java.util.Queue;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Queue<Integer> queue = new PriorityQueue<>();
        queue.offer(3);
        queue.offer(1);
        queue.offer(2);
        System.out.println(queue);  // [1, 3, 2] — min в начале, но итерация не sorted

        System.out.println(queue.peek());  // 1 (минимальный)
        System.out.println(queue.poll());  // 1
        System.out.println(queue);         // [2, 3]

        // Max-heap с Comparator
        Queue<Integer> maxQueue = new PriorityQueue<>((a, b) -> b - a);
        maxQueue.offer(3);
        maxQueue.offer(1);
        maxQueue.offer(2);
        System.out.println(maxQueue.poll());  // 3 (максимальный)

        // queue.offer(null);  // NPE
    }
}

Вывод: Элементы извлекаются по приоритету, не по порядку добавления.

Применение очередей: Обработка задач, хранение заявок

Очереди идеальны для сценариев последовательной обработки.

Обработка задач (Task Processing):
Пример: Планировщик задач, где задачи добавляются в очередь и обрабатываются по порядку (FIFO с LinkedList) или по приоритету (PriorityQueue).
Нюанс: В многопоточных системах (например, Thread pool) используйте BlockingQueue для безопасного poll.

Пример кода (простой обработчик):

javaimport java.util.LinkedList;
import java.util.Queue;

public class TaskProcessor {
    private Queue<String> tasks = new LinkedList<>();

    public void addTask(String task) {
        tasks.offer(task);
    }

    public void processTasks() {
        while (!tasks.isEmpty()) {
            String task = tasks.poll();
            System.out.println("Обработка: " + task);
        }
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        TaskProcessor processor = new TaskProcessor();
        processor.addTask("Задача 1");
        processor.addTask("Задача 2");
        processor.processTasks();  // Обработка: Задача 1\nОбработка: Задача 2
    }
}

Вывод: Задачи обрабатываются FIFO.

Хранение заявок (Request Storage):
Пример: Сервер хранит входящие заявки в очередь для последовательной обработки (например, HTTP requests).
С PriorityQueue: Заявки по срочности (high-priority first).
Нюанс: Для реальных систем используйте BlockingQueue (offer/poll с блокировкой при пустой/полной).

Пример кода (приоритетные заявки):

javaimport java.util.PriorityQueue;
import java.util.Queue;

class Request implements Comparable<Request> {
    private String name;
    private int priority;  // 1 - высокий, 10 - низкий

    public Request(String name, int priority) {
        this.name = name;
        this.priority = priority;
    }

    @Override
    public int compareTo(Request other) {
        return Integer.compare(this.priority, other.priority);  // Min-heap по приоритету
    }

    public String getName() {
        return name;
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Queue<Request> requests = new PriorityQueue<>();
        requests.offer(new Request("Заявка A", 5));
        requests.offer(new Request("Заявка B", 1));  // Высокий приоритет
        requests.offer(new Request("Заявка C", 3));

        while (!requests.isEmpty()) {
            System.out.println("Обработка: " + requests.poll().getName());  // Заявка B, Заявка C, Заявка A
        }
    }
}

Вывод: Заявки обрабатываются по приоритету.

Полезные советы для новичков

LinkedList для простоты: Универсальна для FIFO, легко добавить Deque-функции.
PriorityQueue для приоритетов: Передавайте Comparator для custom порядка (например, max-heap).
Custom классы: Реализуйте Comparable для PriorityQueue, или используйте Comparator.
Пустая очередь: Проверяйте isEmpty() перед poll, или используйте null от poll.
Итерация: For-each для просмотра, но не модифицируйте.

#Java #для_новичков #beginner #Collections #PriorityQueue #LinkedList

👍1

55 views08:58

About

Blog

Apps

Platform