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138 lines
4.5 KiB
Python
138 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する"""
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# リスト要素をそのままヒープに追加
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self.max_heap = nums
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# 葉ノード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 # 切り捨て除算
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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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"""要素をヒープに追加"""
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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 から始めて、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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# 「根ノードを越えた」または「ノードの修復が不要」になったらヒープ化を終了
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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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# ループで下から上へヒープ化
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i = p
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def pop(self) -> int:
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"""要素をヒープから取り出す"""
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# 空判定の処理
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if self.is_empty():
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raise IndexError("ヒープが空です")
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# 根ノードと最も右の葉ノードを交換（先頭要素と末尾要素を交換）
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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 から始めて、上から下へヒープ化"""
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while True:
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# ノード i, l, r のうち値が最大のノードを 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 が範囲外なら、ヒープ化は不要なので抜ける
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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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# ループで上から下へヒープ化
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i = ma
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def print(self):
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"""ヒープ（二分木）を出力"""
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print_heap(self.max_heap)
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"""Driver Code"""
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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した後")
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max_heap.print()
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# ヒープ頂点の要素を取得
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peek = max_heap.peek()
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print(f"\nヒープ先頭要素は {peek}")
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# 要素をヒープに追加
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val = 7
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max_heap.push(val)
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print(f"\n要素 {val} をヒープに追加した後")
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max_heap.print()
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# ヒープ頂点の要素を取り出す
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peek = max_heap.pop()
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print(f"\nヒープ先頭要素 {peek} を取り出した後")
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max_heap.print()
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# ヒープのサイズを取得
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size = max_heap.size()
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print(f"\nヒープ要素数は {size}")
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# ヒープが空かどうかを判定
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is_empty = max_heap.is_empty()
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print(f"\nヒープが空かどうかは {is_empty}")
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