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Yudong Jin
2026-03-30 07:30:15 +08:00
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commit d7b2277d2b
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@@ -14,41 +14,41 @@ import heapq
def test_push(heap: list, val: int, flag: int = 1):
heapq.heappush(heap, flag * val) # ヒープに要素をプッシュ
print(f"\n要素 {val} をヒープにプッシュ")
heapq.heappush(heap, flag * val) # 要素をヒープに追加
print(f"\n要素 {val} をヒープに追加した")
print_heap([flag * val for val in heap])
def test_pop(heap: list, flag: int = 1):
val = flag * heapq.heappop(heap) # ヒープの先頭要素をポップ
print(f"\nヒープ先頭要素 {val} がヒープから出た後")
val = flag * heapq.heappop(heap) # ヒープ頂点の要素を取り出す
print(f"\nヒープ先頭要素 {val} を取り出した後")
print_heap([flag * val for val in heap])
"""ドライバコード"""
"""Driver Code"""
if __name__ == "__main__":
# 最小ヒープを初期化
min_heap, flag = [], 1
# 最大ヒープを初期化
max_heap, flag = [], -1
print("\n以下のテストケースは最大ヒープ用です")
# PythonheapqモジュールはデフォルトでMinHeapを実装
# ヒープに入れる前に「要素を反転」することを考慮し、比較演算子を逆転させて最大ヒープを実
# この例では、flag = 1最小ヒープに対応し、flag = -1最大ヒープに対応
print("\n以下のテストケースは最大ヒープ")
# Pythonheapq モジュールはデフォルトで最小ヒープを実装している
# 要素を負にしてからヒープに入れると大小関係を反転でき、最大ヒープを実現できる
# この例では、flag = 1最小ヒープ、flag = -1最大ヒープに対応する
# ヒープに要素をプッシュ
# 要素をヒープに追加
test_push(max_heap, 1, flag)
test_push(max_heap, 3, flag)
test_push(max_heap, 2, flag)
test_push(max_heap, 5, flag)
test_push(max_heap, 4, flag)
# ヒープの先頭要素にアクセス
# ヒープ頂点の要素を取得
peek: int = flag * max_heap[0]
print(f"\nヒープ先頭要素は {peek}")
print(f"\nヒープ先頭要素は {peek}")
# ヒープの先頭要素をポップ
# ヒープ頂点の要素を取り出す
test_pop(max_heap, flag)
test_pop(max_heap, flag)
test_pop(max_heap, flag)
@@ -57,15 +57,15 @@ if __name__ == "__main__":
# ヒープのサイズを取得
size: int = len(max_heap)
print(f"\nヒープ要素数は {size}")
print(f"\nヒープ要素数は {size}")
# ヒープが空かどうかを判定
is_empty: bool = not max_heap
print(f"\nヒープは空ですか {is_empty}")
print(f"\nヒープが空かどうか{is_empty}")
# リストを入力してヒープを構築
# 時間複雑度はO(n)、O(nlogn)ではない
# リストを入力してヒープを構築する
# 時間計算量は O(n) であり、O(nlogn) ではない
min_heap = [1, 3, 2, 5, 4]
heapq.heapify(min_heap)
print("\nリストを入力して最小ヒープを構築")
print_heap(min_heap)
print("\nリストを入力して最小ヒープを構築した後")
print_heap(min_heap)

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@@ -15,24 +15,24 @@ class MaxHeap:
"""最大ヒープ"""
def __init__(self, nums: list[int]):
"""コンストラクタ入力リストに基づいてヒープを構築"""
# すべてのリスト要素をヒープに追加
"""コンストラクタ入力リストに基づいてヒープを構築する"""
# リスト要素をそのままヒープに追加
self.max_heap = nums
# 葉以外のすべてのノードをヒープ化
# 葉ノード以外のすべてのノードをヒープ化
for i in range(self.parent(self.size() - 1), -1, -1):
self.sift_down(i)
def left(self, i: int) -> int:
"""子ノードのインデックスを取得"""
"""左子ノードのインデックスを取得"""
return 2 * i + 1
def right(self, i: int) -> int:
"""子ノードのインデックスを取得"""
"""右子ノードのインデックスを取得"""
return 2 * i + 2
def parent(self, i: int) -> int:
"""親ノードのインデックスを取得"""
return (i - 1) // 2 # 整数除算で切り下げ
return (i - 1) // 2 # 切り捨て除算
def swap(self, i: int, j: int):
"""要素を交換"""
@@ -47,91 +47,91 @@ class MaxHeap:
return self.size() == 0
def peek(self) -> int:
"""ヒープ先頭要素にアクセス"""
"""ヒープ先頭要素にアクセス"""
return self.max_heap[0]
def push(self, val: int):
"""ヒープに要素をプッシュ"""
"""要素をヒープに追加"""
# ノードを追加
self.max_heap.append(val)
# 下から上へヒープ化
self.sift_up(self.size() - 1)
def sift_up(self, i: int):
"""ノードiから開始して、下から上へヒープ化"""
"""ノード i から始めて、下から上へヒープ化"""
while True:
# ノードiの親ノードを取得
# ノード i の親ノードを取得
p = self.parent(i)
# 「ルートノードを越え」または「ノード修復不要」の場合、ヒープ化を終了
# 「ノードを越え」または「ノード修復不要」になったらヒープ化を終了
if p < 0 or self.max_heap[i] <= self.max_heap[p]:
break
# 2つのードを交換
# 2 つのノードを交換
self.swap(i, p)
# 上向きのループヒープ化
# ループで下から上へヒープ化
i = p
def pop(self) -> int:
"""要素をヒープから出す"""
# 空の処理
"""要素をヒープから取り出す"""
# 空判定の処理
if self.is_empty():
raise IndexError("Heap is empty")
# ルートノードと最右の葉ノードを交換(最初の要素と最後の要素を交換)
raise IndexError("ヒープが空です")
# ノードと最右の葉ノードを交換(先頭要素と末尾要素を交換)
self.swap(0, self.size() - 1)
# ノードを削除
val = self.max_heap.pop()
# 上から下へヒープ化
self.sift_down(0)
# ヒープ先頭要素を返す
# ヒープ先頭要素を返す
return val
def sift_down(self, i: int):
"""ノードiから開始して、上から下へヒープ化"""
"""ノード i から始めて、上から下へヒープ化"""
while True:
# i、l、rの中で最大のノードを決定し、maとする
# ノード i, l, r のうち値が最大のノードを ma とする
l, r, ma = self.left(i), self.right(i), i
if l < self.size() and self.max_heap[l] > self.max_heap[ma]:
ma = l
if r < self.size() and self.max_heap[r] > self.max_heap[ma]:
ma = r
# 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
# ノード i が最大またはインデックス l, r が範囲外なら、ヒープ化は不要なので抜ける
if ma == i:
break
# 2つのードを交換
# 2 つのノードを交換
self.swap(i, ma)
# 下向きのループヒープ化
# ループで上から下へヒープ化
i = ma
def print(self):
"""ヒープを出力(二分木)"""
"""ヒープ(二分木)を出力"""
print_heap(self.max_heap)
"""ドライバコード"""
"""Driver Code"""
if __name__ == "__main__":
# 最大ヒープを初期化
max_heap = MaxHeap([9, 8, 6, 6, 7, 5, 2, 1, 4, 3, 6, 2])
print("\nリストを入力してヒープを構築")
print("\nリストを入力してヒープを構築した後")
max_heap.print()
# ヒープの先頭要素にアクセス
# ヒープ頂点の要素を取得
peek = max_heap.peek()
print(f"\nヒープ先頭要素は {peek}")
print(f"\nヒープ先頭要素は {peek}")
# ヒープに要素をプッシュ
# 要素をヒープに追加
val = 7
max_heap.push(val)
print(f"\n要素 {val} をヒープにプッシュ")
print(f"\n要素 {val} をヒープに追加した")
max_heap.print()
# ヒープの先頭要素をポップ
# ヒープ頂点の要素を取り出す
peek = max_heap.pop()
print(f"\nヒープ先頭要素 {peek} がヒープから出た後")
print(f"\nヒープ先頭要素 {peek} を取り出した後")
max_heap.print()
# ヒープのサイズを取得
size = max_heap.size()
print(f"\nヒープ要素数は {size}")
print(f"\nヒープ要素数は {size}")
# 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}")
print(f"\nヒープが空かどうか{is_empty}")

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@@ -14,26 +14,26 @@ import heapq
def top_k_heap(nums: list[int], k: int) -> list[int]:
"""ヒープを使用して配列の最大k個の要素を見つける"""
"""ヒープに基づいて配列の最大の k 個の要素を探す"""
# 最小ヒープを初期化
heap = []
# 配列の最初のk個の要素をヒープに入力
# 配列の先頭 k 個の要素をヒープに追加
for i in range(k):
heapq.heappush(heap, nums[i])
# k+1番目の要素から、ヒープの長さをkに保つ
# k+1 番目の要素から開始し、ヒープ長を k に保つ
for i in range(k, len(nums)):
# 現在の要素がヒープ先頭要素より大きい場合、ヒープ先頭要素を削除し、現在の要素をヒープに入力
# 現在の要素がヒープ先頭より大きければ、ヒープ先頭を取り出して現在の要素を追加する
if nums[i] > heap[0]:
heapq.heappop(heap)
heapq.heappush(heap, nums[i])
return heap
"""ドライバコード"""
"""Driver Code"""
if __name__ == "__main__":
nums = [1, 7, 6, 3, 2]
k = 3
res = top_k_heap(nums, k)
print(f"最大の {k} 個の要素は")
print_heap(res)
print_heap(res)