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137 lines
4.5 KiB
Python
137 lines
4.5 KiB
Python
"""
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File: my_heap.py
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Created Time: 2023-02-23
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Author: krahets (krahets@163.com)
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"""
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import sys
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from pathlib import Path
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sys.path.append(str(Path(__file__).parent.parent))
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from modules import print_heap
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class MaxHeap:
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"""最大ヒープ"""
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def __init__(self, nums: list[int]):
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"""コンストラクタ、入力リストに基づいてヒープを構築"""
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# すべてのリスト要素をヒープに追加
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self.max_heap = nums
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# 葉以外のすべてのノードをヒープ化
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for i in range(self.parent(self.size() - 1), -1, -1):
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self.sift_down(i)
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def left(self, i: int) -> int:
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"""左の子ノードのインデックスを取得"""
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return 2 * i + 1
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def right(self, i: int) -> int:
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"""右の子ノードのインデックスを取得"""
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return 2 * i + 2
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def parent(self, i: int) -> int:
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"""親ノードのインデックスを取得"""
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return (i - 1) // 2 # 整数除算で切り下げ
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def swap(self, i: int, j: int):
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"""要素を交換"""
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self.max_heap[i], self.max_heap[j] = self.max_heap[j], self.max_heap[i]
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def size(self) -> int:
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"""ヒープのサイズを取得"""
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return len(self.max_heap)
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def is_empty(self) -> bool:
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"""ヒープが空かどうかを判定"""
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return self.size() == 0
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def peek(self) -> int:
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"""ヒープの先頭要素にアクセス"""
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return self.max_heap[0]
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def push(self, val: int):
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"""ヒープに要素をプッシュ"""
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# ノードを追加
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self.max_heap.append(val)
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# 下から上へヒープ化
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self.sift_up(self.size() - 1)
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def sift_up(self, i: int):
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"""ノードiから開始して、下から上へヒープ化"""
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while True:
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# ノードiの親ノードを取得
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p = self.parent(i)
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# 「ルートノードを越える」または「ノードが修復不要」の場合、ヒープ化を終了
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if p < 0 or self.max_heap[i] <= self.max_heap[p]:
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break
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# 2つのノードを交換
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self.swap(i, p)
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# 上向きのループヒープ化
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i = p
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def pop(self) -> int:
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"""要素をヒープから出す"""
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# 空の処理
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if self.is_empty():
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raise IndexError("Heap is empty")
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# ルートノードと最右端の葉ノードを交換（最初の要素と最後の要素を交換）
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self.swap(0, self.size() - 1)
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# ノードを削除
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val = self.max_heap.pop()
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# 上から下へヒープ化
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self.sift_down(0)
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# ヒープの先頭要素を返す
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return val
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def sift_down(self, i: int):
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"""ノードiから開始して、上から下へヒープ化"""
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while True:
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# i、l、rの中で最大のノードを決定し、maとする
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l, r, ma = self.left(i), self.right(i), i
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||
if l < self.size() and self.max_heap[l] > self.max_heap[ma]:
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||
ma = l
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||
if r < self.size() and self.max_heap[r] > self.max_heap[ma]:
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||
ma = r
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||
# ノードiが最大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、ブレーク
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||
if ma == i:
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||
break
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||
# 2つのノードを交換
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||
self.swap(i, ma)
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||
# 下向きのループヒープ化
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||
i = ma
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||
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def print(self):
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"""ヒープを出力（二分木）"""
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print_heap(self.max_heap)
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"""ドライバコード"""
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if __name__ == "__main__":
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# 最大ヒープを初期化
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max_heap = MaxHeap([9, 8, 6, 6, 7, 5, 2, 1, 4, 3, 6, 2])
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print("\nリストを入力してヒープを構築")
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max_heap.print()
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# ヒープの先頭要素にアクセス
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peek = max_heap.peek()
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print(f"\nヒープの先頭要素は {peek}")
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# ヒープに要素をプッシュ
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val = 7
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max_heap.push(val)
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print(f"\n要素 {val} をヒープにプッシュ後")
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||
max_heap.print()
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||
|
||
# ヒープの先頭要素をポップ
|
||
peek = max_heap.pop()
|
||
print(f"\nヒープの先頭要素 {peek} がヒープから出た後")
|
||
max_heap.print()
|
||
|
||
# ヒープのサイズを取得
|
||
size = max_heap.size()
|
||
print(f"\nヒープの要素数は {size}")
|
||
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||
# ヒープが空かどうかを判定
|
||
is_empty = max_heap.is_empty()
|
||
print(f"\nヒープは空ですか {is_empty}") |