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										159
									
								
								ja/codes/java/chapter_heap/my_heap.java
									
									
									
									
									
										Normal file
									
								
							
							
						
						
									
										159
									
								
								ja/codes/java/chapter_heap/my_heap.java
									
									
									
									
									
										Normal file
									
								
							@ -0,0 +1,159 @@
 | 
			
		||||
/**
 | 
			
		||||
 * File: my_heap.java
 | 
			
		||||
 * Created Time: 2023-01-07
 | 
			
		||||
 * Author: krahets (krahets@163.com)
 | 
			
		||||
 */
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		||||
 | 
			
		||||
package chapter_heap;
 | 
			
		||||
 | 
			
		||||
import utils.*;
 | 
			
		||||
import java.util.*;
 | 
			
		||||
 | 
			
		||||
/* 最大ヒープ */
 | 
			
		||||
class MaxHeap {
 | 
			
		||||
    // リサイズの必要性を避けるため、配列の代わりにリストを使用
 | 
			
		||||
    private List<Integer> maxHeap;
 | 
			
		||||
 | 
			
		||||
    /* コンストラクタ、入力リストに基づいてヒープを構築 */
 | 
			
		||||
    public MaxHeap(List<Integer> nums) {
 | 
			
		||||
        // すべてのリスト要素をヒープに追加
 | 
			
		||||
        maxHeap = new ArrayList<>(nums);
 | 
			
		||||
        // 葉を除くすべてのノードをヒープ化
 | 
			
		||||
        for (int i = parent(size() - 1); i >= 0; i--) {
 | 
			
		||||
            siftDown(i);
 | 
			
		||||
        }
 | 
			
		||||
    }
 | 
			
		||||
 | 
			
		||||
    /* 左の子ノードのインデックスを取得 */
 | 
			
		||||
    private int left(int i) {
 | 
			
		||||
        return 2 * i + 1;
 | 
			
		||||
    }
 | 
			
		||||
 | 
			
		||||
    /* 右の子ノードのインデックスを取得 */
 | 
			
		||||
    private int right(int i) {
 | 
			
		||||
        return 2 * i + 2;
 | 
			
		||||
    }
 | 
			
		||||
 | 
			
		||||
    /* 親ノードのインデックスを取得 */
 | 
			
		||||
    private int parent(int i) {
 | 
			
		||||
        return (i - 1) / 2; // 整数除算で切り下げ
 | 
			
		||||
    }
 | 
			
		||||
 | 
			
		||||
    /* 要素を交換 */
 | 
			
		||||
    private void swap(int i, int j) {
 | 
			
		||||
        int tmp = maxHeap.get(i);
 | 
			
		||||
        maxHeap.set(i, maxHeap.get(j));
 | 
			
		||||
        maxHeap.set(j, tmp);
 | 
			
		||||
    }
 | 
			
		||||
 | 
			
		||||
    /* ヒープのサイズを取得 */
 | 
			
		||||
    public int size() {
 | 
			
		||||
        return maxHeap.size();
 | 
			
		||||
    }
 | 
			
		||||
 | 
			
		||||
    /* ヒープが空かどうかを判定 */
 | 
			
		||||
    public boolean isEmpty() {
 | 
			
		||||
        return size() == 0;
 | 
			
		||||
    }
 | 
			
		||||
 | 
			
		||||
    /* ヒープの先頭要素にアクセス */
 | 
			
		||||
    public int peek() {
 | 
			
		||||
        return maxHeap.get(0);
 | 
			
		||||
    }
 | 
			
		||||
 | 
			
		||||
    /* 要素をヒープにプッシュ */
 | 
			
		||||
    public void push(int val) {
 | 
			
		||||
        // ノードを追加
 | 
			
		||||
        maxHeap.add(val);
 | 
			
		||||
        // 下から上へヒープ化
 | 
			
		||||
        siftUp(size() - 1);
 | 
			
		||||
    }
 | 
			
		||||
 | 
			
		||||
    /* ノード i から上向きにヒープ化を開始 */
 | 
			
		||||
    private void siftUp(int i) {
 | 
			
		||||
        while (true) {
 | 
			
		||||
            // ノード i の親ノードを取得
 | 
			
		||||
            int p = parent(i);
 | 
			
		||||
            // 「根ノードを越える」または「ノードが修復不要」の場合、ヒープ化を終了
 | 
			
		||||
            if (p < 0 || maxHeap.get(i) <= maxHeap.get(p))
 | 
			
		||||
                break;
 | 
			
		||||
            // 2つのノードを交換
 | 
			
		||||
            swap(i, p);
 | 
			
		||||
            // 上向きにヒープ化をループ
 | 
			
		||||
            i = p;
 | 
			
		||||
        }
 | 
			
		||||
    }
 | 
			
		||||
 | 
			
		||||
    /* 要素がヒープから退出 */
 | 
			
		||||
    public int pop() {
 | 
			
		||||
        // 空の処理
 | 
			
		||||
        if (isEmpty())
 | 
			
		||||
            throw new IndexOutOfBoundsException();
 | 
			
		||||
        // 根ノードを最も右の葉ノードと交換(最初の要素を最後の要素と交換)
 | 
			
		||||
        swap(0, size() - 1);
 | 
			
		||||
        // ノードを削除
 | 
			
		||||
        int val = maxHeap.remove(size() - 1);
 | 
			
		||||
        // 上から下へヒープ化
 | 
			
		||||
        siftDown(0);
 | 
			
		||||
        // ヒープの先頭要素を返す
 | 
			
		||||
        return val;
 | 
			
		||||
    }
 | 
			
		||||
 | 
			
		||||
    /* ノード i から下向きにヒープ化を開始 */
 | 
			
		||||
    private void siftDown(int i) {
 | 
			
		||||
        while (true) {
 | 
			
		||||
            // i、l、r の中で最大のノードを決定し、ma とする
 | 
			
		||||
            int l = left(i), r = right(i), ma = i;
 | 
			
		||||
            if (l < size() && maxHeap.get(l) > maxHeap.get(ma))
 | 
			
		||||
                ma = l;
 | 
			
		||||
            if (r < size() && maxHeap.get(r) > maxHeap.get(ma))
 | 
			
		||||
                ma = r;
 | 
			
		||||
            // ノード i が最大の場合、またはインデックス l、r が範囲外の場合、さらなるヒープ化は不要、終了
 | 
			
		||||
            if (ma == i)
 | 
			
		||||
                break;
 | 
			
		||||
            // 2つのノードを交換
 | 
			
		||||
            swap(i, ma);
 | 
			
		||||
            // 下向きにヒープ化をループ
 | 
			
		||||
            i = ma;
 | 
			
		||||
        }
 | 
			
		||||
    }
 | 
			
		||||
 | 
			
		||||
    /* ヒープ(二分木)を出力 */
 | 
			
		||||
    public void print() {
 | 
			
		||||
        Queue<Integer> queue = new PriorityQueue<>((a, b) -> { return b - a; });
 | 
			
		||||
        queue.addAll(maxHeap);
 | 
			
		||||
        PrintUtil.printHeap(queue);
 | 
			
		||||
    }
 | 
			
		||||
}
 | 
			
		||||
 | 
			
		||||
public class my_heap {
 | 
			
		||||
    public static void main(String[] args) {
 | 
			
		||||
        /* 最大ヒープを初期化 */
 | 
			
		||||
        MaxHeap maxHeap = new MaxHeap(Arrays.asList(9, 8, 6, 6, 7, 5, 2, 1, 4, 3, 6, 2));
 | 
			
		||||
        System.out.println("\nリストを入力してヒープを構築");
 | 
			
		||||
        maxHeap.print();
 | 
			
		||||
 | 
			
		||||
        /* ヒープの先頭要素にアクセス */
 | 
			
		||||
        int peek = maxHeap.peek();
 | 
			
		||||
        System.out.format("\nヒープの先頭要素は %d\n", peek);
 | 
			
		||||
 | 
			
		||||
        /* 要素をヒープにプッシュ */
 | 
			
		||||
        int val = 7;
 | 
			
		||||
        maxHeap.push(val);
 | 
			
		||||
        System.out.format("\n要素 %d をヒープに追加後\n", val);
 | 
			
		||||
        maxHeap.print();
 | 
			
		||||
 | 
			
		||||
        /* ヒープの先頭要素をポップ */
 | 
			
		||||
        peek = maxHeap.pop();
 | 
			
		||||
        System.out.format("\n先頭要素 %d をヒープから削除後\n", peek);
 | 
			
		||||
        maxHeap.print();
 | 
			
		||||
 | 
			
		||||
        /* ヒープのサイズを取得 */
 | 
			
		||||
        int size = maxHeap.size();
 | 
			
		||||
        System.out.format("\nヒープ内の要素数は %d\n", size);
 | 
			
		||||
 | 
			
		||||
        /* ヒープが空かどうかを判定 */
 | 
			
		||||
        boolean isEmpty = maxHeap.isEmpty();
 | 
			
		||||
        System.out.format("\nヒープは空ですか %b\n", isEmpty);
 | 
			
		||||
    }
 | 
			
		||||
}
 | 
			
		||||
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