Σωρός Fibonacci

Σε αυτό το σεμινάριο, θα μάθετε τι είναι ένας σωρός Fibonacci. Επίσης, θα βρείτε παραδείγματα εργασίας διαφορετικών λειτουργιών σε έναν σωρό fibonacci σε C, C ++, Java και Python.

Το σωρό Fibonacci είναι μια τροποποιημένη μορφή ενός διωνυμικού σωρού με πιο αποτελεσματικές λειτουργίες σωρού από εκείνη που υποστηρίζεται από τα δυαδικά και δυαδικά σωρούς.

Σε αντίθεση με το δυαδικό σωρό, ένας κόμβος μπορεί να έχει περισσότερα από δύο παιδιά.

Ο σωρός fibonacci ονομάζεται σωρός fibonacci επειδή τα δέντρα είναι κατασκευασμένα με τέτοιο τρόπο ώστε ένα δέντρο τάξης n να έχει τουλάχιστον Fn+2κόμβους σε αυτό, όπου Fn+2είναι ο (n + 2)ndαριθμός Fibonacci.

Σωρός Fibonacci

Ιδιότητες ενός σωρού Fibonacci

Σημαντικές ιδιότητες ενός σωρού Fibonacci είναι:

  1. Πρόκειται για ένα σύνολο λεπτών heap- διέταξε δέντρα. (δηλαδή ο γονέας είναι πάντα μικρότερος από τα παιδιά.)
  2. Ένας δείκτης διατηρείται στον ελάχιστο κόμβο στοιχείου.
  3. Αποτελείται από ένα σύνολο σημειωμένων κόμβων. (Μείωση λειτουργίας κλειδιού)
  4. Τα δέντρα μέσα σε έναν σωρό Fibonacci δεν είναι διατεταγμένα αλλά έχουν ρίζες.

Αναπαράσταση μνήμης των κόμβων σε σωρό Fibonacci

Οι ρίζες όλων των δέντρων συνδέονται μεταξύ τους για ταχύτερη πρόσβαση. Οι θυγατρικοί κόμβοι ενός γονικού κόμβου συνδέονται μεταξύ τους μέσω μιας κυκλικής διπλά συνδεδεμένης λίστας όπως φαίνεται παρακάτω.

Υπάρχουν δύο βασικά πλεονεκτήματα της χρήσης μιας κυκλικής διπλής σύνδεσης λίστας.

  1. Η διαγραφή ενός κόμβου από το δέντρο δεν απαιτεί O(1)χρόνο.
  2. Η συνένωση δύο τέτοιων λιστών απαιτεί O(1)χρόνο.
Δομή σωρού Fibonacci

Λειτουργίες σε σωρό Fibonacci

Εισαγωγή

Αλγόριθμος

 insert (H, x) βαθμός (x) = 0 p (x) = NIL child (x) = NIL αριστερά (x) = x δεξιά (x) = x mark (x) = FALSE συνένωση της λίστας ρίζας που περιέχει x με root λίστα H εάν min (H) == NIL ή πλήκτρο (x) <πλήκτρο (min (H)) τότε min (H) = xn (H) = n (H) + 1

Η εισαγωγή κόμβου σε ήδη υπάρχον σωρό ακολουθεί τα παρακάτω βήματα.

  1. Δημιουργήστε έναν νέο κόμβο για το στοιχείο.
  2. Ελέγξτε εάν ο σωρός είναι άδειος.
  3. Εάν ο σωρός είναι κενός, ορίστε τον νέο κόμβο ως ριζικό κόμβο και σημειώστε τον ως ελάχιστο.
  4. Διαφορετικά, εισαγάγετε τον κόμβο στη ριζική λίστα και ενημερώστε το ελάχιστο.
Παράδειγμα εισαγωγής

Βρείτε Ελάχ

Το ελάχιστο στοιχείο δίνεται πάντα από τον ελάχιστο δείκτη.

Ενωση

Η ένωση δύο σωρών fibonacci αποτελείται από τα ακόλουθα βήματα.

  1. Συνδυάστε τις ρίζες και των δύο σωρών.
  2. Ενημέρωση min επιλέγοντας ένα ελάχιστο κλειδί από τις νέες λίστες ρίζας.
Ένωση δύο σωρών

Εκχύλισμα Ελάχ

Είναι η πιο σημαντική λειτουργία σε σωρό fibonacci. Σε αυτήν τη λειτουργία, ο κόμβος με την ελάχιστη τιμή αφαιρείται από το σωρό και το δέντρο επαναρυθμίζεται.

Ακολουθούνται τα ακόλουθα βήματα:

  1. Διαγράψτε τον ελάχιστο κόμβο.
  2. Ορίστε τον δείκτη min στην επόμενη ρίζα στη λίστα ρίζας.
  3. Δημιουργήστε έναν πίνακα μεγέθους ίσο με τον μέγιστο βαθμό των δέντρων στο σωρό πριν από τη διαγραφή.
  4. Κάντε τα ακόλουθα (βήματα 5-7) έως ότου δεν υπάρχουν πολλές ρίζες με τον ίδιο βαθμό.
  5. Αντιστοίχιση του βαθμού της τρέχουσας ρίζας (ελάχιστος δείκτης) στον βαθμό του πίνακα.
  6. Χαρτογραφήστε τον βαθμό της επόμενης ρίζας στον βαθμό στον πίνακα.
  7. Εάν υπάρχουν περισσότερες από δύο αντιστοιχίσεις για τον ίδιο βαθμό, εφαρμόστε τη λειτουργία συνένωσης σε αυτές τις ρίζες έτσι ώστε να διατηρείται η ιδιότητα min-heap (δηλ. Το ελάχιστο είναι στη ρίζα).

Η εφαρμογή των παραπάνω βημάτων μπορεί να γίνει κατανοητή στο παρακάτω παράδειγμα.

  1. Θα εκτελέσουμε μια λειτουργία εξαγωγής-min στο σωρό παρακάτω. Σωρός Fibonacci
  2. Διαγράψτε τον ελάχιστο κόμβο, προσθέστε όλους τους θυγατρικούς κόμβους στη ριζική λίστα και ορίστε τον δείκτη min στην επόμενη ρίζα στη ριζική λίστα. Διαγράψτε τον ελάχιστο κόμβο
  3. Ο μέγιστος βαθμός στο δέντρο είναι 3. Δημιουργήστε έναν πίνακα μεγέθους 4 και τον βαθμό χάρτη των επόμενων ριζών με τον πίνακα. Δημιουργήστε έναν πίνακα
  4. Εδώ, τα 23 και 7 έχουν τους ίδιους βαθμούς, οπότε ενώστε τους. Ενώστε αυτούς που έχουν τους ίδιους βαθμούς
  5. Και πάλι, τα 7 και 17 έχουν τους ίδιους βαθμούς, γι 'αυτό και τους ενώστε. Ενώστε αυτούς που έχουν τους ίδιους βαθμούς
  6. Και πάλι τα 7 και 24 έχουν τον ίδιο βαθμό, οπότε ενώστε τα. Ενώστε αυτούς που έχουν τους ίδιους βαθμούς
  7. Χαρτογραφήστε τους επόμενους κόμβους. Χαρτογραφήστε τους υπόλοιπους κόμβους
  8. Και πάλι, τα 52 και 21 έχουν τον ίδιο βαθμό, οπότε ενώστε τους Ενώστε αυτούς που έχουν τους ίδιους βαθμούς
  9. Παρομοίως, ενώστε τους 21 και 18. Ενώστε αυτούς που έχουν τους ίδιους βαθμούς
  10. Χαρτογραφήστε την υπόλοιπη ρίζα. Χαρτογραφήστε τους υπόλοιπους κόμβους
  11. Ο τελικός σωρός είναι. Τελικός σωρός fibonacci

Μείωση κλειδιού και διαγραφή κόμβου

Αυτές είναι οι πιο σημαντικές λειτουργίες που συζητούνται στις λειτουργίες Decrease Key και Delete Node.

Παραδείγματα Python, Java και C / C ++

Python Java C C + 
 # Fibonacci Heap in python import math # Creating fibonacci tree class FibonacciTree: def __init__(self, value): self.value = value self.child = () self.order = 0 # Adding tree at the end of the tree def add_at_end(self, t): self.child.append(t) self.order = self.order + 1 # Creating Fibonacci heap class FibonacciHeap: def __init__(self): self.trees = () self.least = None self.count = 0 # Insert a node def insert_node(self, value): new_tree = FibonacciTree(value) self.trees.append(new_tree) if (self.least is None or value y.value: x, y = y, x x.add_at_end(y) aux(order) = None order = order + 1 aux(order) = x self.least = None for k in aux: if k is not None: self.trees.append(k) if (self.least is None or k.value < self.least.value): self.least = k def floor_log(x): return math.frexp(x)(1) - 1 fibonacci_heap = FibonacciHeap() fibonacci_heap.insert_node(7) fibonacci_heap.insert_node(3) fibonacci_heap.insert_node(17) fibonacci_heap.insert_node(24) print('the minimum value of the fibonacci heap: ()'.format(fibonacci_heap.get_min())) print('the minimum value removed: ()'.format(fibonacci_heap.extract_min())) 
 // Operations on Fibonacci Heap in Java // Node creation class node ( node parent; node left; node right; node child; int degree; boolean mark; int key; public node() ( this.degree = 0; this.mark = false; this.parent = null; this.left = this; this.right = this; this.child = null; this.key = Integer.MAX_VALUE; ) node(int x) ( this(); this.key = x; ) void set_parent(node x) ( this.parent = x; ) node get_parent() ( return this.parent; ) void set_left(node x) ( this.left = x; ) node get_left() ( return this.left; ) void set_right(node x) ( this.right = x; ) node get_right() ( return this.right; ) void set_child(node x) ( this.child = x; ) node get_child() ( return this.child; ) void set_degree(int x) ( this.degree = x; ) int get_degree() ( return this.degree; ) void set_mark(boolean m) ( this.mark = m; ) boolean get_mark() ( return this.mark; ) void set_key(int x) ( this.key = x; ) int get_key() ( return this.key; ) ) public class fibHeap ( node min; int n; boolean trace; node found; public boolean get_trace() ( return trace; ) public void set_trace(boolean t) ( this.trace = t; ) public static fibHeap create_heap() ( return new fibHeap(); ) fibHeap() ( min = null; n = 0; trace = false; ) private void insert(node x) ( if (min == null) ( min = x; x.set_left(min); x.set_right(min); ) else ( x.set_right(min); x.set_left(min.get_left()); min.get_left().set_right(x); min.set_left(x); if (x.get_key() "); temp = temp.get_right(); ) while (temp != c); System.out.print(")"); ) ) public static void merge_heap(fibHeap H1, fibHeap H2, fibHeap H3) ( H3.min = H1.min; if (H1.min != null && H2.min != null) ( node t1 = H1.min.get_left(); node t2 = H2.min.get_left(); H1.min.set_left(t2); t1.set_right(H2.min); H2.min.set_left(t1); t2.set_right(H1.min); ) if (H1.min == null || (H2.min != null && H2.min.get_key() < H1.min.get_key())) H3.min = H2.min; H3.n = H1.n + H2.n; ) public int find_min() ( return this.min.get_key(); ) private void display_node(node z) ( System.out.println("right: " + ((z.get_right() == null) ? "-1" : z.get_right().get_key())); System.out.println("left: " + ((z.get_left() == null) ? "-1" : z.get_left().get_key())); System.out.println("child: " + ((z.get_child() == null) ? "-1" : z.get_child().get_key())); System.out.println("degree " + z.get_degree()); ) public int extract_min() ( node z = this.min; if (z != null) ( node c = z.get_child(); node k = c, p; if (c != null) ( do ( p = c.get_right(); insert(c); c.set_parent(null); c = p; ) while (c != null && c != k); ) z.get_left().set_right(z.get_right()); z.get_right().set_left(z.get_left()); z.set_child(null); if (z == z.get_right()) this.min = null; else ( this.min = z.get_right(); this.consolidate(); ) this.n -= 1; return z.get_key(); ) return Integer.MAX_VALUE; ) public void consolidate() ( double phi = (1 + Math.sqrt(5)) / 2; int Dofn = (int) (Math.log(this.n) / Math.log(phi)); node() A = new node(Dofn + 1); for (int i = 0; i y.get_key()) ( node temp = x; x = y; y = temp; w = x; ) fib_heap_link(y, x); check = x; A(d) = null; d += 1; ) A(d) = x; w = w.get_right(); ) while (w != null && w != check); this.min = null; for (int i = 0; i <= Dofn; ++i) ( if (A(i) != null) ( insert(A(i)); ) ) ) ) // Linking operation private void fib_heap_link(node y, node x) ( y.get_left().set_right(y.get_right()); y.get_right().set_left(y.get_left()); node p = x.get_child(); if (p == null) ( y.set_right(y); y.set_left(y); ) else ( y.set_right(p); y.set_left(p.get_left()); p.get_left().set_right(y); p.set_left(y); ) y.set_parent(x); x.set_child(y); x.set_degree(x.get_degree() + 1); y.set_mark(false); ) // Search operation private void find(int key, node c) ( if (found != null || c == null) return; else ( node temp = c; do ( if (key == temp.get_key()) found = temp; else ( node k = temp.get_child(); find(key, k); temp = temp.get_right(); ) ) while (temp != c && found == null); ) ) public node find(int k) ( found = null; find(k, this.min); return found; ) public void decrease_key(int key, int nval) ( node x = find(key); decrease_key(x, nval); ) // Decrease key operation private void decrease_key(node x, int k) ( if (k> x.get_key()) return; x.set_key(k); node y = x.get_parent(); if (y != null && x.get_key() < y.get_key()) ( cut(x, y); cascading_cut(y); ) if (x.get_key() < min.get_key()) min = x; ) // Cut operation private void cut(node x, node y) ( x.get_right().set_left(x.get_left()); x.get_left().set_right(x.get_right()); y.set_degree(y.get_degree() - 1); x.set_right(null); x.set_left(null); insert(x); x.set_parent(null); x.set_mark(false); ) private void cascading_cut(node y) ( node z = y.get_parent(); if (z != null) ( if (y.get_mark() == false) y.set_mark(true); else ( cut(y, z); cascading_cut(z); ) ) ) // Delete operations public void delete(node x) ( decrease_key(x, Integer.MIN_VALUE); int p = extract_min(); ) public static void main(String() args) ( fibHeap obj = create_heap(); obj.insert(7); obj.insert(26); obj.insert(30); obj.insert(39); obj.insert(10); obj.display(); System.out.println(obj.extract_min()); obj.display(); System.out.println(obj.extract_min()); obj.display(); System.out.println(obj.extract_min()); obj.display(); System.out.println(obj.extract_min()); obj.display(); System.out.println(obj.extract_min()); obj.display(); ) )
 // Operations on a Fibonacci heap in C #include #include #include #include typedef struct _NODE ( int key; int degree; struct _NODE *left_sibling; struct _NODE *right_sibling; struct _NODE *parent; struct _NODE *child; bool mark; bool visited; ) NODE; typedef struct fibanocci_heap ( int n; NODE *min; int phi; int degree; ) FIB_HEAP; FIB_HEAP *make_fib_heap(); void insertion(FIB_HEAP *H, NODE *new, int val); NODE *extract_min(FIB_HEAP *H); void consolidate(FIB_HEAP *H); void fib_heap_link(FIB_HEAP *H, NODE *y, NODE *x); NODE *find_min_node(FIB_HEAP *H); void decrease_key(FIB_HEAP *H, NODE *node, int key); void cut(FIB_HEAP *H, NODE *node_to_be_decrease, NODE *parent_node); void cascading_cut(FIB_HEAP *H, NODE *parent_node); void Delete_Node(FIB_HEAP *H, int dec_key); FIB_HEAP *make_fib_heap() ( FIB_HEAP *H; H = (FIB_HEAP *)malloc(sizeof(FIB_HEAP)); H->n = 0; H->min = NULL; H->phi = 0; H->degree = 0; return H; ) // Printing the heap void print_heap(NODE *n) ( NODE *x; for (x = n;; x = x->right_sibling) ( if (x->child == NULL) ( printf("node with no child (%d) ", x->key); ) else ( printf("NODE(%d) with child (%d)", x->key, x->child->key); print_heap(x->child); ) if (x->right_sibling == n) ( break; ) ) ) // Inserting nodes void insertion(FIB_HEAP *H, NODE *new, int val) ( new = (NODE *)malloc(sizeof(NODE)); new->key = val; new->degree = 0; new->mark = false; new->parent = NULL; new->child = NULL; new->visited = false; new->left_sibling = new; new->right_sibling = new; if (H->min == NULL) ( H->min = new; ) else ( H->min->left_sibling->right_sibling = new; new->right_sibling = H->min; new->left_sibling = H->min->left_sibling; H->min->left_sibling = new; if (new->key min->key) ( H->min = new; ) ) (H->n)++; ) // Find min node NODE *find_min_node(FIB_HEAP *H) ( if (H == NULL) ( printf(" Fibonacci heap not yet created "); return NULL; ) else return H->min; ) // Union operation FIB_HEAP *unionHeap(FIB_HEAP *H1, FIB_HEAP *H2) ( FIB_HEAP *Hnew; Hnew = make_fib_heap(); Hnew->min = H1->min; NODE *temp1, *temp2; temp1 = Hnew->min->right_sibling; temp2 = H2->min->left_sibling; Hnew->min->right_sibling->left_sibling = H2->min->left_sibling; Hnew->min->right_sibling = H2->min; H2->min->left_sibling = Hnew->min; temp2->right_sibling = temp1; if ((H1->min == NULL) || (H2->min != NULL && H2->min->key min->key)) Hnew->min = H2->min; Hnew->n = H1->n + H2->n; return Hnew; ) // Calculate the degree int cal_degree(int n) ( int count = 0; while (n> 0) ( n = n / 2; count++; ) return count; ) // Consolidate function void consolidate(FIB_HEAP *H) ( int degree, i, d; degree = cal_degree(H->n); NODE *A(degree), *x, *y, *z; for (i = 0; i min; do ( d = x->degree; while (A(d) != NULL) ( y = A(d); if (x->key> y->key) ( NODE *exchange_help; exchange_help = x; x = y; y = exchange_help; ) if (y == H->min) H->min = x; fib_heap_link(H, y, x); if (y->right_sibling == x) H->min = x; A(d) = NULL; d++; ) A(d) = x; x = x->right_sibling; ) while (x != H->min); H->min = NULL; for (i = 0; i left_sibling = A(i); A(i)->right_sibling = A(i); if (H->min == NULL) ( H->min = A(i); ) else ( H->min->left_sibling->right_sibling = A(i); A(i)->right_sibling = H->min; A(i)->left_sibling = H->min->left_sibling; H->min->left_sibling = A(i); if (A(i)->key min->key) ( H->min = A(i); ) ) if (H->min == NULL) ( H->min = A(i); ) else if (A(i)->key min->key) ( H->min = A(i); ) ) ) ) // Linking void fib_heap_link(FIB_HEAP *H, NODE *y, NODE *x) ( y->right_sibling->left_sibling = y->left_sibling; y->left_sibling->right_sibling = y->right_sibling; if (x->right_sibling == x) H->min = x; y->left_sibling = y; y->right_sibling = y; y->parent = x; if (x->child == NULL) ( x->child = y; ) y->right_sibling = x->child; y->left_sibling = x->child->left_sibling; x->child->left_sibling->right_sibling = y; x->child->left_sibling = y; if ((y->key) child->key)) x->child = y; (x->degree)++; ) // Extract min NODE *extract_min(FIB_HEAP *H) ( if (H->min == NULL) printf(" The heap is empty"); else ( NODE *temp = H->min; NODE *pntr; pntr = temp; NODE *x = NULL; if (temp->child != NULL) ( x = temp->child; do ( pntr = x->right_sibling; (H->min->left_sibling)->right_sibling = x; x->right_sibling = H->min; x->left_sibling = H->min->left_sibling; H->min->left_sibling = x; if (x->key min->key) H->min = x; x->parent = NULL; x = pntr; ) while (pntr != temp->child); ) (temp->left_sibling)->right_sibling = temp->right_sibling; (temp->right_sibling)->left_sibling = temp->left_sibling; H->min = temp->right_sibling; if (temp == temp->right_sibling && temp->child == NULL) H->min = NULL; else ( H->min = temp->right_sibling; consolidate(H); ) H->n = H->n - 1; return temp; ) return H->min; ) void cut(FIB_HEAP *H, NODE *node_to_be_decrease, NODE *parent_node) ( NODE *temp_parent_check; if (node_to_be_decrease == node_to_be_decrease->right_sibling) parent_node->child = NULL; node_to_be_decrease->left_sibling->right_sibling = node_to_be_decrease->right_sibling; node_to_be_decrease->right_sibling->left_sibling = node_to_be_decrease->left_sibling; if (node_to_be_decrease == parent_node->child) parent_node->child = node_to_be_decrease->right_sibling; (parent_node->degree)--; node_to_be_decrease->left_sibling = node_to_be_decrease; node_to_be_decrease->right_sibling = node_to_be_decrease; H->min->left_sibling->right_sibling = node_to_be_decrease; node_to_be_decrease->right_sibling = H->min; node_to_be_decrease->left_sibling = H->min->left_sibling; H->min->left_sibling = node_to_be_decrease; node_to_be_decrease->parent = NULL; node_to_be_decrease->mark = false; ) void cascading_cut(FIB_HEAP *H, NODE *parent_node) ( NODE *aux; aux = parent_node->parent; if (aux != NULL) ( if (parent_node->mark == false) ( parent_node->mark = true; ) else ( cut(H, parent_node, aux); cascading_cut(H, aux); ) ) ) void decrease_key(FIB_HEAP *H, NODE *node_to_be_decrease, int new_key) ( NODE *parent_node; if (H == NULL) ( printf(" FIbonacci heap not created "); return; ) if (node_to_be_decrease == NULL) ( printf("Node is not in the heap"); ) else ( if (node_to_be_decrease->key key = new_key; parent_node = node_to_be_decrease->parent; if ((parent_node != NULL) && (node_to_be_decrease->key key)) ( printf(" cut called"); cut(H, node_to_be_decrease, parent_node); printf(" cascading cut called"); cascading_cut(H, parent_node); ) if (node_to_be_decrease->key min->key) ( H->min = node_to_be_decrease; ) ) ) ) void *find_node(FIB_HEAP *H, NODE *n, int key, int new_key) ( NODE *find_use = n; NODE *f = NULL; find_use->visited = true; if (find_use->key == key) ( find_use->visited = false; f = find_use; decrease_key(H, f, new_key); ) if (find_use->child != NULL) ( find_node(H, find_use->child, key, new_key); ) if ((find_use->right_sibling->visited != true)) ( find_node(H, find_use->right_sibling, key, new_key); ) find_use->visited = false; ) FIB_HEAP *insertion_procedure() ( FIB_HEAP *temp; int no_of_nodes, ele, i; NODE *new_node; temp = (FIB_HEAP *)malloc(sizeof(FIB_HEAP)); temp = NULL; if (temp == NULL) ( temp = make_fib_heap(); ) printf(" enter number of nodes to be insert = "); scanf("%d", &no_of_nodes); for (i = 1; i min, dec_key, -5000); p = extract_min(H); if (p != NULL) printf(" Node deleted"); else printf(" Node not deleted:some error"); ) int main(int argc, char **argv) ( NODE *new_node, *min_node, *extracted_min, *node_to_be_decrease, *find_use; FIB_HEAP *heap, *h1, *h2; int operation_no, new_key, dec_key, ele, i, no_of_nodes; heap = (FIB_HEAP *)malloc(sizeof(FIB_HEAP)); heap = NULL; while (1) ( printf(" Operations 1. Create Fibonacci heap 2. Insert nodes into fibonacci heap 3. Find min 4. Union 5. Extract min 6. Decrease key 7.Delete node 8. print heap 9. exit enter operation_no = "); scanf("%d", &operation_no); switch (operation_no) ( case 1: heap = make_fib_heap(); break; case 2: if (heap == NULL) ( heap = make_fib_heap(); ) printf(" enter number of nodes to be insert = "); scanf("%d", &no_of_nodes); for (i = 1; i key); break; case 4: if (heap == NULL) ( printf(" no FIbonacci heap created "); break; ) h1 = insertion_procedure(); heap = unionHeap(heap, h1); printf("Unified Heap:"); print_heap(heap->min); break; case 5: if (heap == NULL) printf("Empty Fibonacci heap"); else ( extracted_min = extract_min(heap); printf(" min value = %d", extracted_min->key); printf(" Updated heap: "); print_heap(heap->min); ) break; case 6: if (heap == NULL) printf("Fibonacci heap is empty"); else ( printf(" node to be decreased = "); scanf("%d", &dec_key); printf(" enter the new key = "); scanf("%d", &new_key); find_use = heap->min; find_node(heap, find_use, dec_key, new_key); printf(" Key decreased- Corresponding heap:"); print_heap(heap->min); ) break; case 7: if (heap == NULL) printf("Fibonacci heap is empty"); else ( printf(" Enter node key to be deleted = "); scanf("%d", &dec_key); Delete_Node(heap, dec_key); printf(" Node Deleted- Corresponding heap:"); print_heap(heap->min); break; ) case 8: print_heap(heap->min); break; case 9: free(new_node); free(heap); exit(0); default: printf("Invalid choice "); ) ) )
 // Operations on a Fibonacci heap in C++ #include #include #include using namespace std; // Node creation struct node ( int n; int degree; node *parent; node *child; node *left; node *right; char mark; char C; ); // Implementation of Fibonacci heap class FibonacciHeap ( private: int nH; node *H; public: node *InitializeHeap(); int Fibonnaci_link(node *, node *, node *); node *Create_node(int); node *Insert(node *, node *); node *Union(node *, node *); node *Extract_Min(node *); int Consolidate(node *); int Display(node *); node *Find(node *, int); int Decrease_key(node *, int, int); int Delete_key(node *, int); int Cut(node *, node *, node *); int Cascase_cut(node *, node *); FibonacciHeap() ( H = InitializeHeap(); ) ); // Initialize heap node *FibonacciHeap::InitializeHeap() ( node *np; np = NULL; return np; ) // Create node node *FibonacciHeap::Create_node(int value) ( node *x = new node; x->n = value; return x; ) // Insert node node *FibonacciHeap::Insert(node *H, node *x) ( x->degree = 0; x->parent = NULL; x->child = NULL; x->left = x; x->right = x; x->mark = 'F'; x->C = 'N'; if (H != NULL) ( (H->left)->right = x; x->right = H; x->left = H->left; H->left = x; if (x->n n) H = x; ) else ( H = x; ) nH = nH + 1; return H; ) // Create linking int FibonacciHeap::Fibonnaci_link(node *H1, node *y, node *z) ( (y->left)->right = y->right; (y->right)->left = y->left; if (z->right == z) H1 = z; y->left = y; y->right = y; y->parent = z; if (z->child == NULL) z->child = y; y->right = z->child; y->left = (z->child)->left; ((z->child)->left)->right = y; (z->child)->left = y; if (y->n child)->n) z->child = y; z->degree++; ) // Union Operation node *FibonacciHeap::Union(node *H1, node *H2) ( node *np; node *H = InitializeHeap(); H = H1; (H->left)->right = H2; (H2->left)->right = H; np = H->left; H->left = H2->left; H2->left = np; return H; ) // Display the heap int FibonacciHeap::Display(node *H) ( node *p = H; if (p == NULL) ( cout << "Empty Heap" << endl; return 0; ) cout << "Root Nodes: " << endl; do ( cout  right; if (p != H) ( cout <"; ) ) while (p != H && p->right != NULL); cout <  child != NULL) x = z->child; if (x != NULL) ( ptr = x; do ( np = x->right; (H1->left)->right = x; x->right = H1; x->left = H1->left; H1->left = x; if (x->n n) H1 = x; x->parent = NULL; x = np; ) while (np != ptr); ) (z->left)->right = z->right; (z->right)->left = z->left; H1 = z->right; if (z == z->right && z->child == NULL) H = NULL; else ( H1 = z->right; Consolidate(H1); ) nH = nH - 1; return p; ) // Consolidation Function int FibonacciHeap::Consolidate(node *H1) ( int d, i; float f = (log(nH)) / (log(2)); int D = f; node *A(D); for (i = 0; i right; d = x->degree; while (A(d) != NULL) ( y = A(d); if (x->n> y->n) ( np = x; x = y; y = np; ) if (y == H1) H1 = x; Fibonnaci_link(H1, y, x); if (x->right == x) H1 = x; A(d) = NULL; d = d + 1; ) A(d) = x; x = x->right; ) while (x != H1); H = NULL; for (int j = 0; j left = A(j); A(j)->right = A(j); if (H != NULL) ( (H->left)->right = A(j); A(j)->right = H; A(j)->left = H->left; H->left = A(j); if (A(j)->n n) H = A(j); ) else ( H = A(j); ) if (H == NULL) H = A(j); else if (A(j)->n n) H = A(j); ) ) ) // Decrease Key Operation int FibonacciHeap::Decrease_key(node *H1, int x, int k) ( node *y; if (H1 == NULL) ( cout << "The Heap is Empty" << endl; return 0; ) node *ptr = Find(H1, x); if (ptr == NULL) ( cout << "Node not found in the Heap"  parent; if (y != NULL && ptr->n n) ( Cut(H1, ptr, y); Cascase_cut(H1, y); ) if (ptr->n n) H = ptr; return 0; ) // Cutting Function int FibonacciHeap::Cut(node *H1, node *x, node *y) ( if (x == x->right) y->child = NULL; (x->left)->right = x->right; (x->right)->left = x->left; if (x == y->child) y->child = x->right; y->degree = y->degree - 1; x->right = x; x->left = x; (H1->left)->right = x; x->right = H1; x->left = H1->left; H1->left = x; x->parent = NULL; x->mark = 'F'; ) // Cascade cut int FibonacciHeap::Cascase_cut(node *H1, node *y) ( node *z = y->parent; if (z != NULL) ( if (y->mark == 'F') ( y->mark = 'T'; ) else ( Cut(H1, y, z); Cascase_cut(H1, z); ) ) ) // Search function node *FibonacciHeap::Find(node *H, int k) ( node *x = H; x->C = 'Y'; node *p = NULL; if (x->n == k) ( p = x; x->C = 'N'; return p; ) if (p == NULL) ( if (x->child != NULL) p = Find(x->child, k); if ((x->right)->C != 'Y') p = Find(x->right, k); ) x->C = 'N'; return p; ) // Deleting key int FibonacciHeap::Delete_key(node *H1, int k) ( node *np = NULL; int t; t = Decrease_key(H1, k, -5000); if (!t) np = Extract_Min(H); if (np != NULL) cout << "Key Deleted" << endl; else cout << "Key not Deleted" << endl; return 0; ) int main() ( int n, m, l; FibonacciHeap fh; node *p; node *H; H = fh.InitializeHeap(); p = fh.Create_node(7); H = fh.Insert(H, p); p = fh.Create_node(3); H = fh.Insert(H, p); p = fh.Create_node(17); H = fh.Insert(H, p); p = fh.Create_node(24); H = fh.Insert(H, p); fh.Display(H); p = fh.Extract_Min(H); if (p != NULL) cout << "The node with minimum key: "

Complexities

Insertion O(1)
Find Min O(1)
Union O(1)
Extract Min O(log n)
Decrease Key O(1)
Delete Node O(log n)

Fibonacci Heap Applications

  1. To improve the asymptotic running time of Dijkstra's algorithm.

ενδιαφέροντα άρθρα...