Java PriorityQueue 的底层数据结构答案

【问题标题】：Underlying DataStructure of Java PriorityQueueJava PriorityQueue 的底层数据结构
【发布时间】：2021-06-02 13:17:15
【问题描述】：

参考书Java: The Complete Reference，“Queue”接口扩展“Collection”接口。此外，“PriorityQueue”扩展了“AbstractQueue”类，实现了“Queue”接口。

此外，根据 Internet 上的许多文章，Heaps 提供了最有效的优先级队列实现，同时考虑了 O(logn) 中的插入和删除。作为完全二叉树，堆可以简单地在数组/列表上实现。

我的问题是，如果堆对优先队列有效，那么为什么PriorityQueue 使用Queue 接口？为什么不使用List 接口？否则，实现的基本概念/想法是什么，提供与堆相同（或更好）的时间复杂度？

【问题讨论】：

这些是完全不同的界面。 List 是 wlog。 unorderend 并允许在随机索引处插入和删除。 Queues 是有序的，仅提供添加元素的方法，以便不违反队列属性并查看和弹出最顶部的元素。
因为它实现了一个队列，它是你添加到末尾并从开头获取的东西，而不是一个列表，它是你在中间迭代、添加和删除的东西，等等。接口没有理由需要反映底层实现。
您应该尝试了解实现接口和内部使用数据结构之间的区别。

标签： java collections queue heap priority-queue

【解决方案1】：

接口是“契约”，它确保实现它们的类将提供某些“行为”——方法。

因此，客户端代码（例如，将使用 PriorityQueue 的代码）将保证此类将具有可能仅来自 Queue 实现的预期行为。

换句话说：

List 接口具有对处理列表有用的方法。

Queue 接口具有对处理队列有用的方法。

实现List 接口的方法的PriorityQueue 使用起来会很不舒服。

反之亦然，想象一下实现Queue 接口的ArrayList - 使用这样的东西会很混乱。

与您的问题相关的更多信息： Queue 接口可能有多种实现——在数组上、在ArrayList 或LinkedList 上，时间复杂度不同等等，但它们都将提供Queue 接口的相同方法集。

【讨论】：

【解决方案2】：

因为PriorityQueue 只是一个Queue，使用Heapify 技术来保证插入/删除期间的良好性能。

Heap 表示 Heapify 技术

为什么PriorityQueue 使用Heapify 技术？

Heapifying是一种插入/删除的方法，最坏情况O(log₂ N)

PriorityQueue的继承层次是什么？

public class PriorityQueue<E> extends AbstractQueue<E> {}

public abstract class AbstractQueue<E> extends AbstractCollection<E> {}

public abstract class AbstractCollection<E> implements Collection<E> {}

List的继承层次是什么？

public interface List<E> extends Collection<E> {}

为什么PriorityQueue 没有扩展List 接口？

因为List接口提供了PriroityQueue未定义或不需要的操作，如get(index)，而实现只是add()和poll()，类似于插入尾部和轮询的队列机制从头部开始，而不是像 ArrayList 或 LinkedList 这样的顺序插入，它们扩展了 List 接口。并且无法获取索引位置的值。

PriorityQueue 和 Queue 有什么区别？

PriorityQueue 使用“Heapify”技术，可以是 Min PQ 或 Max PQ，您可以在声明 PriorityQueue 的构造函数时简单地定义，而 Queue 只是将值添加到尾部和从头部投票。

使用PriorityQueue有什么好处？

最大的好处是您可以定义 Min PQ 或 Max PQ 并以时间复杂度 O(log₂ N) 的升序或降序排序元素，并且这对于许多应用很重要，例如寻找最短路径、粒子碰撞检测等。

【讨论】：