Fibonacci-Haufen

In diesem Tutorial erfahren Sie, was ein Fibonacci-Haufen ist. Außerdem finden Sie Arbeitsbeispiele für verschiedene Operationen auf einem Fibonacci-Heap in C, C ++, Java und Python.

Der Fibonacci-Heap ist eine modifizierte Form eines Binomial-Heaps mit effizienteren Heap-Operationen als die von Binomial- und Binär-Heaps unterstützten.

Im Gegensatz zum binären Heap kann ein Knoten mehr als zwei untergeordnete Elemente haben.

Der Fibonacci-Haufen wird als Fibonacci- Haufen bezeichnet, da die Bäume so konstruiert sind, dass ein Baum der Ordnung n mindestens Fn+2Knoten enthält, wobei Fn+2die (n + 2)ndFibonacci-Zahl ist.

Fibonacci-Haufen

Eigenschaften eines Fibonacci-Haufens

Wichtige Eigenschaften eines Fibonacci-Haufens sind:

  1. Es ist eine Reihe von min heap- bestellt Bäume. (dh der Elternteil ist immer kleiner als die Kinder.)
  2. Ein Zeiger wird am minimalen Elementknoten gehalten.
  3. Es besteht aus einer Reihe markierter Knoten. (Tastenbedienung verringern)
  4. Die Bäume in einem Fibonacci-Haufen sind ungeordnet, aber verwurzelt.

Speicherdarstellung der Knoten in einem Fibonacci-Haufen

Die Wurzeln aller Bäume sind für einen schnelleren Zugang miteinander verbunden. Die untergeordneten Knoten eines übergeordneten Knotens sind über eine kreisförmige doppelt verknüpfte Liste miteinander verbunden, wie unten gezeigt.

Die Verwendung einer doppelt verknüpften Zirkelliste bietet zwei Hauptvorteile.

  1. Das Löschen eines Knotens aus dem Baum benötigt O(1)Zeit.
  2. Die Verkettung von zwei solchen Listen braucht O(1)Zeit.
Fibonacci-Haufenstruktur

Operationen auf einem Fibonacci-Haufen

Einfügen

Algorithmus

 Einfügen (H, x) Grad (x) = 0 p (x) = NIL Kind (x) = NIL links (x) = x rechts (x) = x Markierung (x) = FALSE Verketten Sie die Stammliste mit x mit Wurzel liste H auf, wenn min (H) == NIL oder Schlüssel (x) <Schlüssel (min (H)), dann min (H) = xn (H) = n (H) + 1

Das Einfügen eines Knotens in einen bereits vorhandenen Heap führt die folgenden Schritte aus.

  1. Erstellen Sie einen neuen Knoten für das Element.
  2. Überprüfen Sie, ob der Heap leer ist.
  3. Wenn der Heap leer ist, legen Sie den neuen Knoten als Stammknoten fest und markieren Sie ihn min.
  4. Andernfalls fügen Sie den Knoten in die Stammliste ein und aktualisieren Sie min.
Einfügebeispiel

Finden Sie min

Das minimale Element wird immer durch den min-Zeiger angegeben.

Union

Die Vereinigung zweier Fibonacci-Haufen besteht aus folgenden Schritten.

  1. Verketten Sie die Wurzeln beider Haufen.
  2. Aktualisieren Sie min, indem Sie einen Mindestschlüssel aus den neuen Stammlisten auswählen.
Vereinigung zweier Haufen

Auszug min

Es ist die wichtigste Operation auf einem Fibonacci-Haufen. Bei dieser Operation wird der Knoten mit dem Mindestwert aus dem Heap entfernt und der Baum neu angepasst.

Die folgenden Schritte werden ausgeführt:

  1. Löschen Sie den Min-Knoten.
  2. Setzen Sie den Min-Zeiger auf den nächsten Stamm in der Stammliste.
  3. Erstellen Sie vor dem Löschen ein Array mit einer Größe, die dem maximalen Grad der Bäume im Heap entspricht.
  4. Führen Sie die folgenden Schritte aus (Schritte 5 bis 7), bis keine mehreren Wurzeln mit demselben Grad mehr vorhanden sind.
  5. Ordnen Sie den Grad der aktuellen Wurzel (Min-Zeiger) dem Grad im Array zu.
  6. Ordnen Sie den Grad der nächsten Wurzel dem Grad im Array zu.
  7. Wenn mehr als zwei Zuordnungen für denselben Grad vorhanden sind, wenden Sie die Vereinigungsoperation auf diese Wurzeln an, sodass die Eigenschaft min-heap beibehalten wird (dh das Minimum befindet sich an der Wurzel).

Eine Implementierung der obigen Schritte kann im folgenden Beispiel verstanden werden.

  1. Wir werden eine Extrakt-Min-Operation auf dem Heap unten durchführen. Fibonacci-Haufen
  2. Löschen Sie den Min-Knoten, fügen Sie alle untergeordneten Knoten zur Stammliste hinzu und setzen Sie den Min-Zeiger auf den nächsten Stamm in der Stammliste. Löschen Sie den Min-Knoten
  3. Der maximale Grad im Baum beträgt 3. Erstellen Sie ein Array der Größe 4 und ordnen Sie den Grad der nächsten Wurzeln mit dem Array zu. Erstellen Sie ein Array
  4. Hier haben 23 und 7 die gleichen Grade, also vereinigt sie. Vereinige diejenigen mit den gleichen Abschlüssen
  5. Auch hier haben 7 und 17 die gleichen Grade, also vereinige sie auch. Vereinige diejenigen mit den gleichen Abschlüssen
  6. Wieder haben 7 und 24 den gleichen Grad, also vereinigt sie. Vereinige diejenigen mit den gleichen Abschlüssen
  7. Ordnen Sie die nächsten Knoten zu. Ordnen Sie die verbleibenden Knoten zu
  8. Wieder haben 52 und 21 den gleichen Grad, also vereinigt sie. Vereinigt diejenigen, die den gleichen Grad haben
  9. In ähnlicher Weise vereinige 21 und 18. Vereinige diejenigen mit den gleichen Graden
  10. Ordnen Sie die verbleibende Wurzel zu. Ordnen Sie die verbleibenden Knoten zu
  11. Der letzte Haufen ist. Letzter Fibonacci-Haufen

Verkleinern eines Schlüssels und Löschen eines Knotens

Dies sind die wichtigsten Operationen, die unter Operationen zum Verringern von Schlüsseln und Löschen von Knoten erläutert werden.

Beispiele für Python, Java und C / C ++

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.

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