裴波那契堆(Fibonacci Heap)是一种基于树的数据结构,支持插入、删除最小节点、合并、减小关键字等操作的复杂度都是平摊 O(log n)。下面是一些基本的实现步骤:

  1. 首先,定义一个节点类,节点类包括值、度数、父节点、左兄弟节点和右兄弟节点等属性。

  2. 创建一个 FibonacciHeap 类,该类包含一个指向最小节点的指针和堆的大小等属性。

  3. 实现插入操作:在堆顶插入一个新节点,或者将新节点插入到任意位置,然后更新最小节点指针和堆的大小。

  4. 实现删除最小节点操作:首先找到最小节点,然后将其子节点连接到根列表中,删除最小节点,最后进行级联剪切操作,将度数相同的节点合并。

  5. 实现合并操作:将两个裴波那契堆合并成一个,通过将其中一个堆的根列表连接到另一个堆的根列表上实现。

  6. 实现减小关键字操作:首先找到要减小关键字的节点,然后将其关键字减小,如果减小后节点的值小于其父节点的值,则将该节点从父节点中割下来,插入到根列表中,然后进行级联剪切操作,将度数相同的节点合并。

  7. 实现级联剪切操作:将一个节点从其父节点中割下来,插入到根列表中,然后递归执行该操作,直到节点没有父节点或者节点的父节点标记为 'false'。

  8. 实现级联减小操作:将一个节点从其父节点中割下来,插入到根列表中,然后将其父节点标记为 'true',如果其父节点原来就是标记为 'true',则递归执行该操作,直到节点没有父节点或者节点的父节点标记为 'false'。

  9. 最后,实现其他一些辅助函数,如查找最小节点、删除任意节点等操作。

以上是基本的实现步骤,具体实现需要根据具体语言进行调整和优化。

裴波那契堆实现详解:数据结构与算法

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