Java PriorityQueue完全解説：基礎、操作、カスタムソート

Java PriorityQueue

JavaコレクションフレームワークのPriorityQueueクラスを、明確な例とベストプラクティスで解説します。

PriorityQueueクラスはヒープデータ構造を実装し、Queueインターフェースを満たします。挿入順ではなく優先度に基づいて要素を効率的に取得できます。

標準的なキューとは異なり、要素はソート順で返されます。昇順が必要な場合、キューのヘッドは最小の要素となり、以降の削除で次々と小さい値が取り出されます。内部的な順序は保証されませんが、取り出し順序はソートされます。

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PriorityQueueの作成

java.util.PriorityQueueをインポートして始めます：

import java.util.PriorityQueue;
PriorityQueue<Integer> numbers = new PriorityQueue<>();

このデフォルト設定では自然順序付け（昇順）が使用されます。キュー作成時にComparatorを指定することで順序をカスタマイズできます。

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PriorityQueueの主要メソッド

Queueインターフェースで定義されるすべてのメソッドに加え、いくつかのキュー固有の操作が利用可能です。

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要素の挿入

• add() - 要素を追加。キューが満杯の場合は例外をスロー。
• offer() - 要素を追加。キューが満杯の場合はfalseを返す。

例：

import java.util.PriorityQueue;
class Main {
    public static void main(String[] args) {
        PriorityQueue<Integer> numbers = new PriorityQueue<>();
        numbers.add(4);
        numbers.add(2);
        System.out.println("PriorityQueue: " + numbers);
        numbers.offer(1);
        System.out.println("更新後のPriorityQueue: " + numbers);
    }
}

出力

PriorityQueue: [2, 4]
更新後のPriorityQueue: [1, 4, 2]

4が2より先に追加されたにもかかわらず、2が最小要素であるためヘッドのままです。1を追加するとキューが再編成され、1がヘッドになります。

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要素へのアクセス

peek()を使用して、要素を削除せずにヘッドを確認します：

import java.util.PriorityQueue;
class Main {
    public static void main(String[] args) {
        PriorityQueue<Integer> numbers = new PriorityQueue<>();
        numbers.add(4);
        numbers.add(2);
        numbers.add(1);
        System.out.println("PriorityQueue: " + numbers);
        int number = numbers.peek();
        System.out.println("アクセスされた要素: " + number);
    }
}

出力

PriorityQueue: [1, 4, 2]
アクセスされた要素: 1

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要素の削除

• remove() - 指定要素を削除。成功時はtrueを返す。
• poll() - ヘッドを取得して削除。

例：

import java.util.PriorityQueue;
class Main {
    public static void main(String[] args) {
        PriorityQueue<Integer> numbers = new PriorityQueue<>();
        numbers.add(4);
        numbers.add(2);
        numbers.add(1);
        System.out.println("PriorityQueue: " + numbers);
        boolean result = numbers.remove(2);
        System.out.println("要素2は削除されたか？ " + result);
        int number = numbers.poll();
        System.out.println("poll()で削除された要素: " + number);
    }
}

出力

PriorityQueue: [1, 4, 2]
要素2は削除されたか？ true
poll()で削除された要素: 1

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PriorityQueueのイテレーション

iterator()でイテレーション（java.util.Iteratorが必要）：

import java.util.PriorityQueue;
import java.util.Iterator;
class Main {
    public static void main(String[] args) {
        PriorityQueue<Integer> numbers = new PriorityQueue<>();
        numbers.add(4);
        numbers.add(2);
        numbers.add(1);
        System.out.print("PriorityQueue（iterator使用）: ");
        Iterator<Integer> iterate = numbers.iterator();
        while (iterate.hasNext()) {
            System.out.print(iterate.next());
            System.out.print(", ");
        }
    }
}

出力

PriorityQueue（iterator使用）: 1, 4, 2,

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その他のメソッド

メソッド	説明
contains(element)	要素がキューに存在すればtrueを返す
size()	キューの要素数を返す
toArray()	キューを配列に変換

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Comparatorによるカスタムソート

自然順序を逆順にしたり、任意のカスタム優先度を実装するには、キュー作成時にComparatorを指定します：

import java.util.PriorityQueue;
import java.util.Comparator;
class Main {
    public static void main(String[] args) {
        PriorityQueue<Integer> numbers = new PriorityQueue<>(new CustomComparator());
        numbers.add(4);
        numbers.add(2);
        numbers.add(1);
        numbers.add(3);
        System.out.print("PriorityQueue: " + numbers);
    }
}
class CustomComparator implements Comparator<Integer> {
    @Override
    public int compare(Integer a, Integer b) {
        return b.compareTo(a); // 逆順
    }
}

出力

PriorityQueue: [4, 3, 1, 2]

カスタムComparatorにより、ヘッドが最大要素になります。詳細についてはJava Comparator APIを参照してください。