java 优先级队列 linked

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mob64ca12f3496a 2024-10-24 04:26:59 ©著作权

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使用 Linked List 实现 Java 优先级队列

欢迎来到这篇关于如何使用 Linked List 实现 Java 优先级队列的指南。作为一名初学者，你或许会对这一任务感到迷惑，但别担心！通过这篇文章，我将细致地引导你完成这一过程。我们将先明确整体流程，然后逐步实现每个步骤。

整体流程

下面的表格概述了实现优先级队列的步骤：

步骤	描述
1. 创建节点类	定义一个节点类，用于存储数据和指向下一个节点的引用。
2. 创建队列类	定义一个优先级队列类，使用链表来存储节点。
3. 实现插入方法	根据优先级插入节点。
4. 实现提取方法	从队列中提取优先级最高的节点。
5. 测试功能	编写简单的测试用例以验证功能的正确性。

具体实现

1. 创建节点类

首先，我们需要创建一个 Node 类来表示链表中的每个节点：

// Node.java
public class Node {
    int data;         // 节点的数据
    int priority;     // 节点的优先级
    Node next;       // 指向下一节点的引用

    // Node 类的构造函数
    public Node(int data, int priority) {
        this.data = data;        // 设置数据
        this.priority = priority; // 设置优先级
        this.next = null;        // 默认下一个节点为 null
    }
}

2. 创建队列类

接下来，我们需要创建一个 PriorityQueue 类，它将使用链表来存储节点：

// PriorityQueue.java
public class PriorityQueue {
    private Node head; // 队列的头节点

    // PriorityQueue 类的构造函数
    public PriorityQueue() {
        this.head = null; // 初始时头节点为 null
    }
}

3. 实现插入方法

在这个方法中，我们将根据节点的优先级插入节点：

// PriorityQueue.java
public void enqueue(int data, int priority) {
    Node newNode = new Node(data, priority); // 创建新节点
    // 如果队列为空或新节点优先级高于头节点
    if (head == null || head.priority > priority) {
        newNode.next = head; // 新节点指向原头节点
        head = newNode;      // 更新头节点为新节点
    } else {
        // 找到插入位置
        Node current = head;
        while (current.next != null && current.next.priority <= priority) {
            current = current.next; // 移动到下一个节点
        }
        newNode.next = current.next; // 新节点指向当前的下一个节点
        current.next = newNode;       // 当前节点指向新节点
    }
}

4. 实现提取方法

这个方法用于提取优先级最高的节点：

// PriorityQueue.java
public Node dequeue() {
    if (head == null) {
        return null; // 如果队列为空，返回 null
    }
    Node temp = head; // 记录需要提取的节点
    head = head.next; // 移动头节点到下一个节点
    return temp;      // 返回提取的节点
}

5. 测试功能

最后，我们需要编写一些测试用例来验证我们的优先级队列是否正常工作：

// Test.java
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        PriorityQueue pq = new PriorityQueue();
        
        pq.enqueue(10, 2); // 添加节点，数据 10，优先级 2
        pq.enqueue(20, 1); // 添加节点，数据 20，优先级 1
        pq.enqueue(30, 3); // 添加节点，数据 30，优先级 3

        Node node;
        while ((node = pq.dequeue()) != null) {
            System.out.println("Data: " + node.data + ", Priority: " + node.priority);
        }
    }
}

类图

下面是使用 mermaid 语法的类图，展示我们创建的 Node 和 PriorityQueue 类之间的关系：

classDiagram
    class Node {
        +int data
        +int priority
        +Node next
        +Node(int data, int priority)
    }

    class PriorityQueue {
        -Node head
        +PriorityQueue()
        +void enqueue(int data, int priority)
        +Node dequeue()
    }

    Node --> PriorityQueue : contains