Fibonacci Heap

In deze tutorial leer je wat een Fibonacci-hoop is. Ook vindt u werkende voorbeelden van verschillende bewerkingen op een fibonacci-heap in C, C ++, Java en Python.

Fibonacci-heap is een gemodificeerde vorm van een binominale heap met efficiëntere heap-bewerkingen dan die ondersteund door de binominale en binaire heap.

In tegenstelling tot binaire heap, kan een knooppunt meer dan twee kinderen hebben.

De fibonacci-hoop wordt een fibonacci- hoop genoemd omdat de bomen zo zijn geconstrueerd dat een boom van de orde n op zijn minst Fn+2knooppunten bevat, waar Fn+2het (n + 2)ndFibonacci-getal is.

Fibonacci Heap

Eigenschappen van een Fibonacci-hoop

Belangrijke eigenschappen van een Fibonacci-hoop zijn:

  1. Het is een reeks min heap- geordende bomen. (dwz de ouder is altijd kleiner dan de kinderen.)
  2. Een pointer wordt gehandhaafd op het minimale elementknooppunt.
  3. Het bestaat uit een reeks gemarkeerde knooppunten. (Verlagen toetsbediening)
  4. De bomen in een Fibonacci-hoop zijn ongeordend maar geroot.

Geheugenweergave van de knooppunten in een Fibonacci-hoop

De wortels van alle bomen zijn met elkaar verbonden voor snellere toegang. De kindknooppunten van een ouderknooppunt zijn met elkaar verbonden via een circulaire dubbelgekoppelde lijst zoals hieronder getoond.

Het gebruik van een circulaire dubbelgekoppelde lijst heeft twee belangrijke voordelen.

  1. Het verwijderen van een knooppunt uit de boom kost O(1)tijd.
  2. Het samenvoegen van twee van dergelijke lijsten kost O(1)tijd.
Fibonacci Heap-structuur

Bewerkingen op een Fibonacci-hoop

Invoeging

Algoritme

 insert (H, x) graad (x) = 0 p (x) = NIL child (x) = NIL links (x) = x rechts (x) = x mark (x) = FALSE voeg de rootlijst samen met x met root lijst H als min (H) == NIL of sleutel (x) <sleutel (min (H)) dan min (H) = xn (H) = n (H) + 1

Volg de onderstaande stappen om een ​​knooppunt in een reeds bestaande heap in te voegen.

  1. Maak een nieuw knooppunt voor het element.
  2. Controleer of de hoop leeg is.
  3. Als de heap leeg is, stelt u het nieuwe knooppunt in als een hoofdknooppunt en markeert u het min.
  4. Anders voegt u het knooppunt in de rootlijst in en werkt u min.
Invoegvoorbeeld

Zoek Min

Het minimumelement wordt altijd gegeven door de min-pointer.

Unie

De vereniging van twee fibonacci-hopen bestaat uit de volgende stappen.

  1. Voeg de wortels van beide hopen samen.
  2. Werk min bij door een minimumsleutel te selecteren uit de nieuwe root-lijsten.
Unie van twee hopen

Extract Min

Het is de belangrijkste bewerking op een fibonacci-hoop. Bij deze bewerking wordt het knooppunt met de minimumwaarde uit de heap verwijderd en wordt de boom opnieuw aangepast.

De volgende stappen worden gevolgd:

  1. Verwijder het min-knooppunt.
  2. Zet de min-pointer op de volgende root in de rootlijst.
  3. Maak een array met een grootte die gelijk is aan het maximale aantal bomen in de heap voordat u deze verwijdert.
  4. Doe het volgende (stap 5-7) totdat er geen meerdere wortels met dezelfde graad zijn.
  5. Wijs de mate van huidige wortel (min-pointer) toe aan de graad in de array.
  6. Wijs de graad van de volgende wortel toe aan de graad in array.
  7. Als er meer dan twee toewijzingen zijn voor dezelfde graad, pas dan de uniebewerking toe op die wortels, zodat de eigenschap min-heap behouden blijft (dwz het minimum bevindt zich bij de wortel).

Een implementatie van de bovenstaande stappen kan worden begrepen in het onderstaande voorbeeld.

  1. We zullen een extract-min-bewerking uitvoeren op de onderstaande heap. Fibonacci Heap
  2. Verwijder het min-knooppunt, voeg al zijn onderliggende knooppunten toe aan de rootlijst en zet de min-pointer op de volgende root in de rootlijst. Verwijder het min-knooppunt
  3. De maximale graad in de boom is 3. Maak een array van grootte 4 en breng de graad van de volgende wortels in kaart met de array. Maak een array
  4. Hier hebben 23 en 7 dezelfde graden, dus verenig ze. Verenig degenen met dezelfde graden
  5. Nogmaals, 7 en 17 hebben dezelfde graden, dus verenig ze ook. Verenig degenen met dezelfde graden
  6. Opnieuw hebben 7 en 24 dezelfde graad, dus verenig ze. Verenig degenen met dezelfde graden
  7. Breng de volgende knooppunten in kaart. Breng de resterende knooppunten in kaart
  8. Nogmaals, 52 en 21 hebben dezelfde graad, dus verenig ze Verenig degenen die dezelfde graden hebben
  9. Verenig op dezelfde manier 21 en 18. Verenig degenen die dezelfde graden hebben
  10. Breng de resterende wortel in kaart. Breng de resterende knooppunten in kaart
  11. De laatste hoop is. Laatste fibonacci-hoop

Een sleutel verlagen en een knooppunt verwijderen

Dit zijn de belangrijkste bewerkingen die worden besproken in Sleutel verlagen en Knooppunt verwijderen.

Python, Java en C / C ++ voorbeelden

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.

Interessante artikelen...