Fibonacci Heap

Neste tutorial, você aprenderá o que é um Heap de Fibonacci. Além disso, você encontrará exemplos de funcionamento de diferentes operações em um heap fibonacci em C, C ++, Java e Python.

O heap Fibonacci é uma forma modificada de heap binomial com operações de heap mais eficientes do que as suportadas pelos heaps binomial e binário.

Ao contrário do heap binário, um nó pode ter mais de dois filhos.

O heap de fibonacci é chamado de heap de fibonacci porque as árvores são construídas de forma que uma árvore de ordem n tenha pelo menos Fn+2nós, onde Fn+2é o (n + 2)ndnúmero de Fibonacci.

Fibonacci Heap

Propriedades de uma pilha de Fibonacci

Propriedades importantes de um heap Fibonacci são:

  1. É um conjunto de árvores ordenadas por heap mínimo . (ou seja, o pai é sempre menor do que os filhos.)
  2. Um ponteiro é mantido no nó de elemento mínimo.
  3. Ele consiste em um conjunto de nós marcados. (Diminuir operação da tecla)
  4. As árvores em um heap de Fibonacci são desordenadas, mas enraizadas.

Representação de memória dos nós em uma pilha de Fibonacci

As raízes de todas as árvores estão interligadas para um acesso mais rápido. Os nós filhos de um nó pai são conectados uns aos outros por meio de uma lista circular duplamente vinculada, conforme mostrado abaixo.

Existem duas vantagens principais em usar uma lista circular duplamente vinculada.

  1. Excluir um nó da árvore leva O(1)tempo.
  2. A concatenação de duas dessas listas leva O(1)tempo.
Estrutura de heap de Fibonacci

Operações em uma pilha de Fibonacci

Inserção

Algoritmo

 inserir (H, x) grau (x) = 0 p (x) = NIL filho (x) = NIL esquerdo (x) = x direito (x) = x marca (x) = FALSO concatenar a lista raiz contendo x com raiz lista H se min (H) == NIL ou tecla (x) <tecla (min (H)) então min (H) = xn (H) = n (H) + 1

A inserção de um nó em um heap já existente segue as etapas abaixo.

  1. Crie um novo nó para o elemento.
  2. Verifique se a pilha está vazia.
  3. Se o heap estiver vazio, defina o novo nó como um nó raiz e marque como mínimo.
  4. Caso contrário, insira o nó na lista de raiz e atualize min.
Exemplo de Inserção

Encontre Min

O elemento mínimo é sempre fornecido pelo ponteiro min.

União

A união de duas pilhas de fibonacci consiste nas seguintes etapas.

  1. Concatene as raízes de ambos os montes.
  2. Atualize min selecionando uma chave mínima nas novas listas de raiz.
União de dois montes

Extrair Min

É a operação mais importante em uma pilha de fibonacci. Nesta operação, o nó com valor mínimo é removido do heap e a árvore é reajustada.

As seguintes etapas são seguidas:

  1. Exclua o nó mínimo.
  2. Defina o ponteiro mínimo para a próxima raiz na lista de raízes.
  3. Crie uma matriz de tamanho igual ao grau máximo das árvores no heap antes da exclusão.
  4. Faça o seguinte (etapas 5 a 7) até que não haja raízes múltiplas com o mesmo grau.
  5. Mapeie o grau da raiz atual (ponteiro mínimo) para o grau na matriz.
  6. Mapeie o grau da próxima raiz para o grau na matriz.
  7. Se houver mais de dois mapeamentos para o mesmo grau, aplique a operação de união a essas raízes de forma que a propriedade min-heap seja mantida (ou seja, o mínimo está na raiz).

Uma implementação das etapas acima pode ser entendida no exemplo abaixo.

  1. Vamos realizar uma operação extract-min no heap abaixo. Heap de Fibonacci
  2. Exclua o nó min, adicione todos os seus nós filhos à lista de raiz e defina o ponteiro min para a próxima raiz na lista de raiz. Exclua o nó mínimo
  3. O grau máximo na árvore é 3. Crie um array de tamanho 4 e mapeie o grau das próximas raízes com o array. Crie uma matriz
  4. Aqui, 23 e 7 têm os mesmos graus, então, una-os. Una aqueles que têm os mesmos graus
  5. Novamente, 7 e 17 têm os mesmos graus, portanto, una-os também. Una aqueles que têm os mesmos graus
  6. Novamente, 7 e 24 têm o mesmo grau, então, una-os. Una aqueles que têm os mesmos graus
  7. Mapeie os próximos nós. Mapeie os nós restantes
  8. Novamente, 52 e 21 têm o mesmo grau, então uni-os. Una aqueles que têm os mesmos graus
  9. Da mesma forma, reúna 21 e 18. Una aqueles que têm os mesmos graus
  10. Mapeie a raiz restante. Mapeie os nós restantes
  11. A pilha final é. Pilha final de fibonacci

Diminuindo uma Chave e Excluindo um Nó

Estas são as operações mais importantes que são discutidas em Operações de diminuição de chave e exclusão de nó.

Exemplos de Python, Java e 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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