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優先隊列!讓我們來分解一下,了解一下資料結構的這一部分。

Linda Hamilton
Linda Hamilton原創
2024-10-21 08:08:30392瀏覽

Priority Queue! Vamos destrinchar e aprender sobre essa parte de Estrutura de Dados.

佇列

佇列與堆疊一樣,是列表的特化。它是建立在先進先出的基礎上的——先進先出,這意味著先進先出。換句話說,隊列中「最年長」的人先離開,為了更好地理解,請考慮銀行隊列。

⚠️

佇列應用:作業系統中的進程管理;並發程式設計中任務之間的通訊;電腦網路(列印);回應 Web 伺服器上的請求

佇列本身只允許在末端直接操作資料。

public interface Queue<E> {
    void enqueue(E value); //enfileira
    E dequeue(); //remove e desenfileira
    E first(); //retorna primeiro elemento
    int size(); //algumas literaturas se chama lenght()
    boolean isEmpty();
}

優先隊列

這類似於日常排隊的行為,但現在考慮一下您在銀行排隊,一位女士進入隊列,每個人都讓她先進,因為她年紀更大,所以有更大的優先級。

在優先權佇列資料結構中,每個節點都有一個Key-Value,Key是儲存其優先權的鍵,Value是節點的值。預設情況下,Java 中的 Key 最初是數字,程式設計師可以稍後更改。

Key和Value的集合稱為Entry,所以這個E.D的介面改變了。其他細節是:Key一旦定義,就不能更改。如果兩個節點的 Key 中的優先權值相同,則程式設計師選擇規則。

public interface PriorityQueueOg<K,V> {
    void insert(K key, V value);
    Entry<K,V> remove();
    int size();
    boolean isEmpty();
}

在接下來的結構中,我們將使用 Node 和 Entry 類別、first、last 和 size 屬性以及 CompareTo

優先權佇列分為兩種:已排序(Sorted Priority Queue)和未排序(Unorted Priority Queue)

排序優先權佇列

有序列表負責將節點插入到正確的位置,因此刪除很容易,只需刪除第一個(如果執行 E.D 的程式設計師定義最高優先元素應該位於開頭)

為了知道哪個節點具有最高優先級,我們使用compareTo,這是一個集合函數,透過它的返回,我們可以獲得執行此 E.D 的關鍵結果,如果返回是:

  • 否定:​​如果呼叫該方法的物件比作為參數傳遞的物件「小」。
  • 零:如果物件相等。
  • 正: 如果呼叫方法的物件比作為參數傳遞的物件「更大」。

插入

要進入,您必須檢查一些事項

第一步 → 建立一個新節點

Node newNode = new Node(key, value)

第二步 → 檢查 Queue 是否為空,如果是,則將 Head 和 Last 作為新節點,考慮到它將是唯一的

public interface Queue<E> {
    void enqueue(E value); //enfileira
    E dequeue(); //remove e desenfileira
    E first(); //retorna primeiro elemento
    int size(); //algumas literaturas se chama lenght()
    boolean isEmpty();
}

第三步 → 如果它不是清單中的唯一元素,則必須檢查新節點是否比第一個節點具有更高的優先權。

public interface PriorityQueueOg<K,V> {
    void insert(K key, V value);
    Entry<K,V> remove();
    int size();
    boolean isEmpty();
}

第三步 → 然後與列表中的最後一個元素進行比較

Node newNode = new Node(key, value)

第四步 → 如果沒有其他的,就只剩下中間了!為此,我們需要製作一個輔助節點放在 newNode (nN) 的前面並比較兩者,當 auxNode 指向空時,或者當 nN 大於 auxNode 時(較大,因此它),比較結束排在後面)。這個 while 用於 aux 四處比較兩個節點的值,當找到時,將 nN 放在 auxNode 後面

        if(isEmpty()){
            first = newNode;
            last = newNode;
        }else{

消除

Sorted 中的刪除方法要簡單得多,因為正如已經提到的,佇列已經為其組織好了。

第一步 → 由於每個 Remove 方法都會傳回要刪除的元素,因此該步驟將建立 Entry (為什麼不是節點?)

         if(compare(newNode, first)<0){
                 //Se o nN for menor que o F
                 //Levando em consideração que a prioridade maior é 0
                 //Se o nN for menor que F, ele será o de maior prioridade pegando o lugar do primeiro
                newNode.next = first;
                first.previous = newNode;
                first = newNode;
          }

第二步 → 然後,由於您已經要消除第一個節點,只需將 First 指向 First 旁邊的節點即可

             }else if(compare(newNode, last)>=0){
           //Se o nN for maior que o L
           //Significa que o número de nN é maior que L
           //Então bota o nN para ultimo
                newNode.previous=last;
                last.next=newNode;
                last = newNode;
            }else{

第三步 → 檢查佇列中是否只有一個元素,因為如果是,佇列將為空!然後你必須將 F 和 L 設為 null

            }else{
                //se nao for nada, está no meio
                //entao temos que achar entre qual dos meios
                Node auxNode = first;
                while(compare(newNode, auxNode)>0 && auxNode.next!=null){
                    //enquanto o newNode tiver prioridade maior que o auxiliar
                    //e o auxiliar tiver um proximo
                    auxNode = auxNode.next;
                }
                newNode.next = auxNode;
                newNode.previous = auxNode.previous;
            }
        }

第四步 → 如果不是唯一的元素,則表示還有其他元素!因此,當您在步驟 2 中刪除第一個時,先前的第一個仍然與前一個連接,所以我們必須:

        Entry<K,V> max = maxPriority();

最大優先權

傳回清單中優先順序最高的元素的方法,由於我們是按順序排列的,因此它只傳回第一個元素。

        first = first.next;

漸進分析

Método O(_)
size O(1)
isEmpty O(1)
insert O(n)
remove O(1)
maxPriority O(1)

未排序的優先權佇列

無序隊列和有序隊列有很大不同!讓我們從他的方法開始:

插入

要加入unsorted、like和disordered中,你不需要擔心這個新元素會在哪裡,只需將它加到最後即可!

第一步→檢查清單是否為空,因為如果是,則要新增的節點將是第一個(First)和最後一個(Last)

public interface Queue<E> {
    void enqueue(E value); //enfileira
    E dequeue(); //remove e desenfileira
    E first(); //retorna primeiro elemento
    int size(); //algumas literaturas se chama lenght()
    boolean isEmpty();
}

第二步→如果不為空,只要在最後加上這個節點即可!

public interface PriorityQueueOg<K,V> {
    void insert(K key, V value);
    Entry<K,V> remove();
    int size();
    boolean isEmpty();
}

最大優先權

Unsorted 中的移除比 Sorted 中的那幾行程式碼複雜得多...

「為什麼?」你問,我們應該使用一種名為 maxPriority 的方法(在其他版本中也簡單得多),其目標是找到具有最高優先級的節點。以前是用簡單的幾行程式碼來教導的,現在,因為我們不知道這個最高優先權的節點實際上在哪裡,所以我們必須遍歷整個佇列來尋找它!因此,在我們研究remove本身之前,我們先來看看maxPriority。

第一步→ 每當我們想要遍歷一個資料結構時,我們需要兩個節點:一個是始終前進的輔助節點,另一個是我們想要實現的節點(在本例中是MaxPriority)

Node newNode = new Node(key, value)

第二步 → 這兩個將在一個節點內運行,只有當 aux 達到 null(隊列末尾)時才結束。比較這些節點,如果為負數,表示aux小於max,所以max最大,更新max節點的值,然後讓aux運行。

        if(isEmpty()){
            first = newNode;
            last = newNode;
        }else{

消除

第一步 → 在所有 emove 中,建立一個變數來儲存將被刪除的節點。在這種情況下,您已經知道哪一個將被刪除,因為您正在呼叫 maxPriority
方法

         if(compare(newNode, first)<0){
                 //Se o nN for menor que o F
                 //Levando em consideração que a prioridade maior é 0
                 //Se o nN for menor que F, ele será o de maior prioridade pegando o lugar do primeiro
                newNode.next = first;
                first.previous = newNode;
                first = newNode;
          }

第二步 → 然後檢查它是否是唯一的元素,如果是,則 F 和 L 為空!

             }else if(compare(newNode, last)>=0){
           //Se o nN for maior que o L
           //Significa que o número de nN é maior que L
           //Então bota o nN para ultimo
                newNode.previous=last;
                last.next=newNode;
                last = newNode;
            }else{

第3步→如果不是唯一的,還有其他選擇:如果max是最後一個,則消除最後一個,如果是第一個,則消除第一個,如果不是兩個兩個,則在中間!

            }else{
                //se nao for nada, está no meio
                //entao temos que achar entre qual dos meios
                Node auxNode = first;
                while(compare(newNode, auxNode)>0 && auxNode.next!=null){
                    //enquanto o newNode tiver prioridade maior que o auxiliar
                    //e o auxiliar tiver um proximo
                    auxNode = auxNode.next;
                }
                newNode.next = auxNode;
                newNode.previous = auxNode.previous;
            }
        }

第四步 → 如果它在中間,則必須移除人群中的最大值,當沒有其他人指向它時,就會發生這種情況。

        Entry<K,V> max = maxPriority();

漸進分析

Método O(_)
size O(1)
isEmpty O(1)
insert O(1)
remove O(n)
maxPriority O(n)

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