1.質問をする
前回のレッスンでは、優先度付きキューについて説明しました。優先度付きキューには、要素を挿入する際の要件があります。挿入された要素がnullであってはならず、要素を
比較できる必要があります。簡単にするために、整数のみを挿入します。タイプ、優先されます。カスタムタイプオブジェクトをレベルキューに挿入できますか？
class Card {
public int rank; //数值
public String suit; //花色
public Card(int rank, String suit) {
this.rank = rank;
this.suit = suit;
}
}
public class TestPriorityQueue {
public static void TestPriorityQueue()
{
PriorityQueue<Card> p = new PriorityQueue<>();
p.offer(new Card(1, "♠"));
p.offer(new Card(2, "♠"));
//p.offer(new Card(null)); 空指针异常
}
public static void main(String[] args) {
TestPriorityQueue();
}
}
優先キューの最下層はヒープを使用し、ヒープに要素を挿入する場合、ヒープの性質を満たすために要素を比較する必要があります。現時点では、カード
を直接比較する方法がないため、例外がスローされます。
2.要素の比較
2.1基本タイプの比較
Javaでは、プリミティブ型のオブジェクトのサイズを直接比較できます。
public class TestCompare {
public static void main(String[] args) {
int a = 10;
int b = 20;
System.out.println(a > b);
System.out.println(a < b);
System.out.println(a == b);
char c1 = 'A';
char c2 = 'B';
System.out.println(c1 > c2);
System.out.println(c1 < c2);
System.out.println(c1 == c2);
boolean b1 = true;
boolean b2 = false;
System.out.println(b1 == b2);
System.out.println(b1 != b2);
}
}
2.2オブジェクトの比較
class Card {
public int rank; // 数值
public String suit; // 花色
public Card(int rank, String suit) {
this.rank = rank;
this.suit = suit;
}
}
public class TestPriorityQueue {
public static void main(String[] args) {
Card c1 = new Card(1, "♠");
Card c2 = new Card(2, "♠");
Card c3 = c1;
//System.out.println(c1 > c2); //编译报错
System.out.println(c1 == c2); //编译成功 ---->打印false，因为c1和c2指向的是不同对象
//System.out.println(c1 < c2); //编译报错
System.out.println(c1 == c3); //编译成功 ---->打印true，因为c1和c3指向的是同一个对象
}
}
c1、c2、c3はそれぞれカードタイプの参照変数です。コンパイル時に上記のコードを比較すると、
c1>c2コンパイルが失敗します
c1==c2コンパイルが成功
しますc1<c2コンパイルが失敗し
ますJavaは、>または<メソッドに従って直接比較することはできません。なぜ比較できますか？
理由：ユーザー定義型の場合、それらはすべてデフォルトでObjectクラスから継承され、同等のメソッドがObjectクラスで提供されます。デフォルト
では、equalメソッドが呼び出されますが、このメソッドの比較ルールは次のとおりです。参照変数参照オブジェクトの内容を比較する代わりに、参照変数の
アドレスを直接比較しますが、場合によっては、この比較が質問の意味。
// Object中equal的实现，可以看到：直接比较的是两个引用变量的地址
public boolean equals(Object obj) {
return (this == obj);
}
3.PriorityQueue内のオブジェクトの比較
場合によっては、オブジェクトの内容を比較する必要があります。たとえば、オブジェクトを優先キューに挿入する場合、オブジェクト
の内容に応じてヒープを調整する必要があります。
コレクションフレームワークのPriorityQueueの比較方法コレクションフレームワークのPriorityQueueの最下層はヒープ構造を使用するため、その内部要素はサイズを比較できる必要があり、PriorityQueueは以下を採用します。
ComparbleとComparatorの2つの方法。
- Comparbleはデフォルトの内部比較メソッドです。ユーザーがカスタムタイプのオブジェクトを挿入する場合、このクラスのオブジェクトはComparbleインターフェイスを実装し、compareToメソッドをオーバーライドする必要があります。
- ユーザーは、コンパレータオブジェクトの使用を選択することもできます。ユーザーがカスタムタイプのオブジェクトを挿入する場合は、コンパレータインターフェイスを実装し、compareメソッドをオーバーライドするコンパレータクラスを提供する必要があります。
3.1基本クラスのequalをオーバーライドする
class Card{
public int rank; // 数值
public String suit; // 花色
public Card(int rank, String suit) {
this.rank = rank;
this.suit = suit;
}
@Override
public String toString() {
return "Card{" +
"rank=" + rank +
", suit='" + suit + '\'' +
'}';
}
@Override
public boolean equals(Object o) {
if (this == o) return true;
if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
Card card = (Card) o;
return rank == card.rank && Objects.equals(suit, card.suit);
}
@Override
public int hashCode() {
return Objects.hash(rank, suit);
}
}
public static void main(String[] args) {
Card card1 = new Card(1,"♥");
Card card2 = new Card(1,"♥");
System.out.println(card1.equals(card2));
}
//进行内容是否相同的比较，结果为：true
注：equalsをオーバーライドするための一般的なルーチンは、上記のとおりです。
- 同じオブジェクトを指している場合はtrueを返します
- 渡されたものがnullの場合、falseを返します
- 渡されたオブジェクトタイプがCardでない場合、falseを返します
- 比較はクラスの実現目標に応じて行われます。たとえば、スーツと値が同じである限り、同じカードと見なされます。
- 他の参照型の比較を呼び出すには、ここでのスーツの比較など、等しいものも必要であることに注意してください
基本クラスequalをオーバーライドする方法は比較できますが、欠点は次のとおりです。equalは、equalityに従ってのみ比較でき、より大きいまたはより小さいに従って比較することはできません。
3.2Comparbleインターフェースクラスに基づく比較
Comparbleは、JDKが提供する汎用比較インターフェースクラスです。ソースコードの実装は次のとおりです。
public interface Comparable<E> {
//返回值:
// < 0:表示 this指向的对象小于 o指向的对象
// == 0:表示 this指向的对象等于 o指向的对象
// > 0:表示 this指向的对象等于 o指向的对象
int compareTo(E o);
}
ユーザー定義型の場合、サイズとメソッドで比較する場合：クラスを定義するときに、Comparbleインターフェースを実装してから、クラスのcompareToメソッドをオーバーライドします。
書き換えるthis.rank - o.rankと、小さなヒープ、o.rank - this.rank大きなヒープになります
@Override
public int compareTo(Card o) {
return this.rank - o.rank ;
}
Comparableは、直接使用できるjava.langのインターフェースクラスです。
class Card implements Comparable<Card>{
public int rank; // 数值
public String suit; // 花色
public Card(int rank, String suit) {
this.rank = rank;
this.suit = suit;
}
@Override
public int compareTo(Card o) {
return this.rank - o.rank ;
}
@Override
public String toString() {
return "Card{" +
"rank=" + rank +
", suit='" + suit + '\'' +
'}';
}
}
public class TestDemo {
public static void main3(String[] args) {
Card card1 = new Card(1,"♥");
Card card2 = new Card(2,"♥");
//默认就是一个小根堆
PriorityQueue<Card> priorityQueue = new PriorityQueue<>();
priorityQueue.offer(card1);//直接放到底层的queue数组的0下标
priorityQueue.offer(card2);
System.out.println(priorityQueue);
System.out.println(card1.compareTo(card1));
}
}
3.3コンパレータインターフェースクラスに基づく比較
コンパレータ方式で比較すると、具体的な手順は次のとおりです。
- Comparatorインターフェースを実装するユーザー定義のコンパレータークラス
public interface Comparator<T> {
//返回值:
// < 0:表示 o1指向的对象小于 o2指向的对象
// == 0:表示 o1指向的对象等于 o2指向的对象
// > 0:表示 o1指向的对象等于 o2指向的对象
int compare(T o1, T o2);
}
注：ComparableとComparatorを区別します。
- Comparatorのcompareメソッドをオーバーライドします
class Card {
public int rank; // 数值
public String suit; // 花色
public Card(int rank, String suit) {
this.rank = rank;
this.suit = suit;
}
@Override
public String toString() {
return "Card{" +
"rank=" + rank +
", suit='" + suit + '\'' +
'}';
}
}
public class TestDemo {
public static void main(String[] args) {
Card card1 = new Card(1,"♥");
Card card2 = new Card(2,"♥");
//方法一：
RankComparator rankComparator = new RankComparator();
PriorityQueue<Card> priorityQueue = new PriorityQueue<>(rankComparator);
//方法二：
// PriorityQueue<Card> priorityQueue = new PriorityQueue<>(new Comparator<Card>() {
// @Override
// public int compare(Card o1, Card o2) {
// return o1.rank-o2.rank;
// }
// });
//方法三： lambda表达式：可读性差
// PriorityQueue<Card> priorityQueue = new PriorityQueue<>((x,y)->{return y.rank-x.rank;});
priorityQueue.offer(card1);//直接放到底层的queue数组的0下标
priorityQueue.offer(card2);
System.out.println(priorityQueue);
int ret = rankComparator.compare(card1,card2);
System.out.println(ret);
}
}
注：Comparatorはjava.utilパッケージの汎用インターフェース・クラスであり、使用する場合は対応するパッケージをインポートする必要があります。
3.43つの方法の比較
4.JDKでのPriorityQueueの実装
// JDK中PriorityQueue的实现：
public class PriorityQueue<E> extends AbstractQueue<E>
implements java.io.Serializable {
// ...
//默认容量
private static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 11;
//内部定义的比较器对象，用来接收用户实例化PriorityQueue对象时提供的比较器对象
private final Comparator<? super E> comparator;
//用户如果没有提供比较器对象，使用默认的内部比较，将comparator置为null
public PriorityQueue() {
this(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY, null);
}
//如果用户提供了比较器，采用用户提供的比较器进行比较
public PriorityQueue(int initialCapacity, Comparator<? super E> comparator) {
// Note: This restriction of at least one is not actually needed,
// but continues for 1.5 compatibility
if (initialCapacity < 1)
throw new IllegalArgumentException();
this.queue = new Object[initialCapacity];
this.comparator = comparator;
}
// ...
//向上调整：
//如果用户没有提供比较器对象，采用Comparable进行比较
//否则使用用户提供的比较器对象进行比较
private void siftUp(int k, E x) {
if (comparator != null)
siftUpUsingComparator(k, x);
else
siftUpComparable(k, x);
}
//使用Comparable
@SuppressWarnings("unchecked")
private void siftUpComparable(int k, E x) {
Comparable<? super E> key = (Comparable<? super E>) x;
while (k > 0) {
int parent = (k - 1) >>> 1;
Object e = queue[parent];
if (key.compareTo((E) e) >= 0)
break;
queue[k] = e;
k = parent;
}
queue[k] = key;
}
//使用用户提供的比较器对象进行比较
@SuppressWarnings("unchecked")
private void siftUpUsingComparator(int k, E x) {
while (k > 0) {
int parent = (k - 1) >>> 1;
Object e = queue[parent];
if (comparator.compare(x, (E) e) >= 0)
break;
queue[k] = e;
k = parent;
}
queue[k] = x;
}
}
5.PriorityQueueの実装をシミュレートします
学生は、次のコードを参照して、ComparbleオブジェクトとComparatorオブジェクトの方法で比較できる汎用のPriorityQueueをシミュレートおよび実装します。