字節跳動提前批，面試官和我聊了半小時的優先隊列……

2020年秋天還沒到，互聯網公司便按捺不住招賢納士的步伐了，開始啓動秋季招聘的提前批工作。最近有讀者昨天剛參加完字節跳動的提前批一面，與我交流時聊了他的面試經歷，因爲之前我在春招時也面試過字節跳動。

在整個的面試流程中，字節跳動至少會有 3 輪技術面，每一輪面試都會考算法。 像這位讀者的面試中，面試官讓他寫優先隊列的實現算法並且講解思路，他回答了4種實現：無序數組、有序數組、無序鏈表和有序鏈表的實現，當時面試官誇他講得很全，結果一面過了。 今天結合讀者的面試經歷，我講一講優先隊列的四種實現方法。

優先隊列

優先隊列，與堆棧和隊列一樣，都是元素的集合。在刪除操作上，棧是先進後出的數據結構，刪除最近添加的元素；普通的隊列是一種先進先出的數據結構，元素在隊列尾追加，而從隊列頭刪除；在優先隊列中，元素被賦予優先級。當訪問元素時，具有最高優先級的元素最先刪除。優先隊列具有最高級先出 （first in, largest out）的特性。

優先級隊列的主要操作是insert，delMax（刪除最大值） 和 isEmpty（判斷是否爲空）。

優先級隊列有很多應用，例如：

• AI中的A *搜索算法

• 使用Huffman編碼進行數據壓縮

• 事件-驅動模擬（Event-driven simulation）

無序數組實現優先隊列

優先級隊列類

構造一個最大優先級隊列，其中具有最大值的元素具有最高優先級。Key必須擴展Comparable接口。這是因爲我們要在優先級隊列中的元素之間進行比較，而不是在優先級隊列對象之間進行比較。

優先級隊列類：Key[] pq是通用類型的數組 ，N表示該數組中的元素數。

public class UnorderedArrayMaxPQ<Key extends Comparable<Key>> {
    private Key[] pq;  
    private int N;
	public UnorderedArrayMaxPQ(int capacity) {
	        pq = (Key[]) new Comparable[capacity];
	        N = 0;
    }
}

操作函數

insert（）：將元素插入數組的末尾

delMax()：每次查找最大元素數時，都需要掃描所有元素。刪除最大元素的技巧是，將最大元素與數組中的最後一個元素交換，然後將其刪除。

isEmpty()：判斷隊列是否爲空

//將元素插入數組的末尾
public void insert(Key item)  { pq[N++] = item;   }
//刪除（並返回）最大項
public Key delMax() {
    int max = 0;
    for (int i = 1; i < N; i++)
        if (less(max, i)) max = i;
    swap(max, N-1);
    return pq[--N];
}
//隊列是否爲空？
public boolean isEmpty()   
{ return N == 0; }

有序數組實現優先隊列

優先級隊列類

public class OrderedArrayMaxPQ<Key extends Comparable<Key>> {
    private Key[] pq;
    private int N; 
    public OrderedArrayMaxPQ(int capacity) {
        pq = (Key[]) (new Comparable[capacity]);
        N = 0;
    }
}

操作函數

insert（）：將元素插入到已排序位置的數組中，維護排序的數組。

delMax()：max元素將始終位於末尾，將其刪除。

isEmpty()：判斷隊列是否爲空。

//將元素插入到已排序位置的數組中
 public void insert（Key item）{ 
    int i = N-1; 
    //只要新元素小於pq [i]，就向右移動
     while (i >= 0 && less(item, pq[i])) {
        pq[i+1] = pq[i];
        i--;
    }
    pq[i+1] = item;
    N++;
}
//刪除（並返回）最大項
 public key delMax（）{return pq [-N]; }
//隊列是否爲空？
public boolean isEmpty（）{return N == 0; }

無序鏈表實現優先隊列

鏈表節點的實現

private class Node
{
     Key item;
     Node next;
 }

操作函數

insert（）：採用頭插法將元素插入鏈表。

delMax()：每次查找鏈表的最大元素數時，然後將其刪除。

isEmpty()：判斷鏈表是否爲空。

public boolean isEmpty()
{ return N==0;}

public void Insert(Key v)
{
   Node Item=new Node();
   Item.item=v;
   Item.next=first;
   first=Item;
   N++;
  }

public Key delMax()
{
    Node Item=new Node();
    Item.next=first;
   
    Node maxItem=first;
    Node maxItemPrev=Item;

    while(Item.next.next!=null)
    {
      if(less(maxItem.item,Item.next.next.item))
      {
          maxItem=Item.next.next;
          maxItemPrev=Item.next;
      }
      Item=Item.next;
    }
   
    Key max=maxItem.item;
    maxItemPrev.next=maxItem.next;
    if(first==maxItem) first=maxItem.next;
    maxItem=null;
    N--;
    return max;
}

完整代碼

public class UnOrderedListMaxPQ<Key extends Comparable<Key>>
{
    private class Node
    {
        Key item;
        Node next;
    }
    //無序鏈表實現優先隊列大堆
    private Node first;
    private int N=0;
    public boolean isEmpty()
    { return N==0;}
   
    public int size()
    { return N;}
   
    public void Insert(Key v)
    {
       Node Item=new Node();
       Item.item=v;
       Item.next=first;
       first=Item;
       N++;
      }
   
    public Key delMax()
    {
        Node Item=new Node();
        Item.next=first;
       
        Node maxItem=first;
        Node maxItemPrev=Item;

        while(Item.next.next!=null)
        {
          if(less(maxItem.item,Item.next.next.item))
          {
              maxItem=Item.next.next;
              maxItemPrev=Item.next;
          }
          Item=Item.next;
        }
       
        Key max=maxItem.item;
        maxItemPrev.next=maxItem.next;
        if(first==maxItem) first=maxItem.next;
        maxItem=null;
        N--;
        return max;
    }
   
    public static void main(String[] args)
    {
        E2d4d3v3 pq=new E2d4d3v3();
        pq.Insert(1);
        pq.Insert(3);
        StdOut.println(pq.delMax());
        pq.Insert(2);
        StdOut.println(pq.delMax());
        StdOut.println(pq.delMax());
    }
}
}

有序鏈表實現優先隊列

鏈表節點的實現

 private class Node
    {
        Key item;
        Node next;
    }

操作函數

insert（）：將元素插入鏈表，並保持鏈表的順序。

delMax()：鏈表的最大元素始終位於鏈表頭部，每次刪除鏈表的最大元素時，將鏈表頭部的元素刪除。

isEmpty()：判斷鏈表是否爲空。

public boolean isEmpty()
{ return N==0;}

public int size()
{ return N;}

public void Insert(Key v)
{
   Node newItem=new Node();
   newItem.item=v;
  
   Node Item=new Node();
   Item.next=first;
     
    while(Item.next!=null && less(newItem.item,Item.next.item))
         Item=Item.next;
  
    newItem.next=Item.next;
    Item.next=newItem;
    //0節點增加新節點 或 新節點爲最大時修改first
    if(first==null || first==newItem.next)   first=newItem;
    N++;
  }

public Key delMax()
{
   Node maxItem=first;
   first=first.next;
   Key max=maxItem.item;
   N--;
   return max;
}

完整代碼

public class OrderedListMaxPQ<Key extends Comparable<Key>>
{
    private class Node
    {
        Key item;
        Node next;
    }
    //有序鏈表實現優先隊列大堆,first存儲最大元素
    private Node first;
    private int N=0;
   
    
    public boolean isEmpty()
    { return N==0;}
   
    public int size()
    { return N;}
   
    public void Insert(Key v)
    {
       Node newItem=new Node();
       newItem.item=v;
      
       Node Item=new Node();
       Item.next=first;
         
        while(Item.next!=null && less(newItem.item,Item.next.item))
             Item=Item.next;
      
        newItem.next=Item.next;
        Item.next=newItem;
        //0節點增加新節點 或 新節點爲最大時修改first
        if(first==null || first==newItem.next)   first=newItem;
        N++;
      }
   
    public Key delMax()
    {
       Node maxItem=first;
       first=first.next;
       Key max=maxItem.item;
       N--;
        return max;
    }


    public static void main(String[] args)
    {
        OrderedListMaxPQ pq=new OrderedListMaxPQ();
        pq.Insert(1);
        pq.Insert(3);
        StdOut.println(pq.delMax());
        pq.Insert(2);
        StdOut.println(pq.delMax());
        StdOut.println(pq.delMax());
    }
}

總結

咱們玩歸玩，鬧歸鬧，別拿面試開玩笑！吐槽字節跳動的“凡面試必算法”的同時，也要明白爲啥很多公司要考這麼多算法？其實核心是看候選人是不是足夠聰明，很多公司招聘工程師的必要條件就是聰明。

優先隊列的實現本身不難，但是像讀者這樣，優先隊列的四種實現方式全部講出來的面試者很少。讀者順利通過了一面，接下的面試還在繼續，祝願這位讀者能順利拿到字節offer！

作者：AlexanderChen
鏈接：https://juejin.im/post/5eea2654f265da02c94e0f04
來源：掘金
著作權歸作者所有。商業轉載請聯繫作者獲得授權，非商業轉載請註明出處。

文章持續更新，可以微信搜索「 雲璈公子 」閱讀，回覆【資料】【面試】【簡歷】有我準備的一線大廠面試資料和簡歷模板，同時我的GitHub https://github.com/1170300826/JavaInterview 有互聯網一線大廠面試指南。