1 | // (C) Copyright Jeremy Siek 2004. |
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2 | // Distributed under the Boost Software License, Version 1.0. (See |
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3 | // accompanying file LICENSE_1_0.txt or copy at |
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4 | // http://www.boost.org/LICENSE_1_0.txt) |
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5 | #ifndef BOOST_FIBONACCI_HEAP_HPP |
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6 | #define BOOST_FIBONACCI_HEAP_HPP |
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7 | |
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8 | #if defined(__sgi) && !defined(__GNUC__) |
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9 | # include <math.h> |
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10 | #else |
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11 | # include <cmath> |
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12 | #endif |
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13 | #include <iosfwd> |
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14 | #include <vector> |
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15 | #include <functional> |
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16 | #include <boost/config.hpp> |
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17 | #include <boost/property_map.hpp> |
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18 | |
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19 | // |
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20 | // An adaptation of Knuth's Fibonacci heap implementation |
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21 | // in "The Stanford Graph Base", pages 475-482. |
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22 | // |
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23 | |
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24 | namespace boost { |
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25 | |
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26 | |
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27 | template <class T, |
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28 | class Compare = std::less<T>, |
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29 | class ID = identity_property_map> |
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30 | class fibonacci_heap |
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31 | { |
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32 | typedef typename boost::property_traits<ID>::value_type size_type; |
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33 | typedef T value_type; |
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34 | protected: |
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35 | typedef fibonacci_heap self; |
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36 | typedef std::vector<size_type> LinkVec; |
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37 | typedef typename LinkVec::iterator LinkIter; |
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38 | public: |
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39 | |
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40 | fibonacci_heap(size_type n, |
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41 | const Compare& cmp, |
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42 | const ID& id = identity_property_map()) |
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43 | : _key(n), _left(n), _right(n), _p(n), _mark(n), _degree(n), |
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44 | _n(0), _root(n), _id(id), _compare(cmp), _child(n), |
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45 | #if defined(BOOST_MSVC) || defined(__ICL) // need a new macro? |
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46 | new_roots(size_type(log(float(n))) + 5) { } |
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47 | #else |
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48 | new_roots(size_type(std::log(float(n))) + 5) { } |
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49 | #endif |
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50 | |
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51 | // 33 |
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52 | void push(const T& d) { |
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53 | ++_n; |
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54 | size_type v = get(_id, d); |
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55 | _key[v] = d; |
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56 | _p[v] = nil(); |
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57 | _degree[v] = 0; |
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58 | _mark[v] = false; |
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59 | _child[v] = nil(); |
---|
60 | if (_root == nil()) { |
---|
61 | _root = _left[v] = _right[v] = v; |
---|
62 | //std::cout << "root added" << std::endl; |
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63 | } else { |
---|
64 | size_type u = _left[_root]; |
---|
65 | _left[v] = u; |
---|
66 | _right[v] = _root; |
---|
67 | _left[_root] = _right[u] = v; |
---|
68 | if (_compare(d, _key[_root])) |
---|
69 | _root = v; |
---|
70 | //std::cout << "non-root node added" << std::endl; |
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71 | } |
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72 | } |
---|
73 | T& top() { return _key[_root]; } |
---|
74 | const T& top() const { return _key[_root]; } |
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75 | |
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76 | // 38 |
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77 | void pop() { |
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78 | --_n; |
---|
79 | int h = -1; |
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80 | size_type v, w; |
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81 | if (_root != nil()) { |
---|
82 | if (_degree[_root] == 0) { |
---|
83 | v = _right[_root]; |
---|
84 | } else { |
---|
85 | w = _child[_root]; |
---|
86 | v = _right[w]; |
---|
87 | _right[w] = _right[_root]; |
---|
88 | for (w = v; w != _right[_root]; w = _right[w]) |
---|
89 | _p[w] = nil(); |
---|
90 | } |
---|
91 | while (v != _root) { |
---|
92 | w = _right[v]; |
---|
93 | add_tree_to_new_roots(v, new_roots.begin(), h); |
---|
94 | v = w; |
---|
95 | } |
---|
96 | rebuild_root_list(new_roots.begin(), h); |
---|
97 | } |
---|
98 | } |
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99 | // 39 |
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100 | inline void add_tree_to_new_roots(size_type v, |
---|
101 | LinkIter new_roots, |
---|
102 | int& h) |
---|
103 | { |
---|
104 | int r; |
---|
105 | size_type u; |
---|
106 | r = _degree[v]; |
---|
107 | while (1) { |
---|
108 | if (h < r) { |
---|
109 | do { |
---|
110 | ++h; |
---|
111 | new_roots[h] = (h == r ? v : nil()); |
---|
112 | } while (h < r); |
---|
113 | break; |
---|
114 | } |
---|
115 | if (new_roots[r] == nil()) { |
---|
116 | new_roots[r] = v; |
---|
117 | break; |
---|
118 | } |
---|
119 | u = new_roots[r]; |
---|
120 | new_roots[r] = nil(); |
---|
121 | if (_compare(_key[u], _key[v])) { |
---|
122 | _degree[v] = r; |
---|
123 | std::swap(u, v); |
---|
124 | } |
---|
125 | make_child(u, v, r); |
---|
126 | ++r; |
---|
127 | } |
---|
128 | _degree[v] = r; |
---|
129 | } |
---|
130 | // 40 |
---|
131 | void make_child(size_type u, size_type v, size_type r) { |
---|
132 | if (r == 0) { |
---|
133 | _child[v] = u; |
---|
134 | _left[u] = u; |
---|
135 | _right[u] = u; |
---|
136 | } else { |
---|
137 | size_type t = _child[v]; |
---|
138 | _right[u] = _right[t]; |
---|
139 | _left[u] = t; |
---|
140 | _right[t] = u; |
---|
141 | _left[_right[u]] = u; |
---|
142 | } |
---|
143 | _p[u] = v; |
---|
144 | } |
---|
145 | // 41 |
---|
146 | inline void rebuild_root_list(LinkIter new_roots, int& h) |
---|
147 | { |
---|
148 | size_type u, v, w; |
---|
149 | if (h < 0) |
---|
150 | _root = nil(); |
---|
151 | else { |
---|
152 | T d; |
---|
153 | u = v = new_roots[h]; |
---|
154 | d = _key[u]; |
---|
155 | _root = u; |
---|
156 | for (h--; h >= 0; --h) |
---|
157 | if (new_roots[h] != nil()) { |
---|
158 | w = new_roots[h]; |
---|
159 | _left[w] = v; |
---|
160 | _right[v] = w; |
---|
161 | if (_compare(_key[w], d)) { |
---|
162 | _root = w; |
---|
163 | d = _key[w]; |
---|
164 | } |
---|
165 | v = w; |
---|
166 | } |
---|
167 | _right[v] = u; |
---|
168 | _left[u] = v; |
---|
169 | } |
---|
170 | } |
---|
171 | |
---|
172 | // 34 |
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173 | void update(const T& d) { |
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174 | size_type v = get(_id, d); |
---|
175 | assert(!_compare(_key[v], d)); |
---|
176 | _key[v] = d; |
---|
177 | size_type p = _p[v]; |
---|
178 | if (p == nil()) { |
---|
179 | if (_compare(d, _key[_root])) |
---|
180 | _root = v; |
---|
181 | } else if (_compare(d, _key[_root])) |
---|
182 | while (1) { |
---|
183 | size_type r = _degree[p]; |
---|
184 | if (r >= 2) |
---|
185 | remove_from_family(v, p); |
---|
186 | insert_into_forest(v, d); |
---|
187 | size_type pp = _p[p]; |
---|
188 | if (pp == nil()) { |
---|
189 | --_degree[p]; |
---|
190 | break; |
---|
191 | } |
---|
192 | if (_mark[p] == false) { |
---|
193 | _mark[p] = true; |
---|
194 | break; |
---|
195 | } else |
---|
196 | --_degree[p]; |
---|
197 | v = p; |
---|
198 | p = pp; |
---|
199 | } |
---|
200 | } |
---|
201 | |
---|
202 | inline size_type size() const { return _n; } |
---|
203 | inline bool empty() const { return _n == 0; } |
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204 | |
---|
205 | void print(std::ostream& os) { |
---|
206 | if (_root != nil()) { |
---|
207 | size_type i = _root; |
---|
208 | do { |
---|
209 | print_recur(i, os); |
---|
210 | os << std::endl; |
---|
211 | i = _right[i]; |
---|
212 | } while (i != _root); |
---|
213 | } |
---|
214 | } |
---|
215 | |
---|
216 | protected: |
---|
217 | // 35 |
---|
218 | inline void remove_from_family(size_type v, size_type p) { |
---|
219 | size_type u = _left[v]; |
---|
220 | size_type w = _right[v]; |
---|
221 | _right[u] = w; |
---|
222 | _left[w] = u; |
---|
223 | if (_child[p] == v) |
---|
224 | _child[p] = w; |
---|
225 | } |
---|
226 | // 36 |
---|
227 | inline void insert_into_forest(size_type v, const T& d) { |
---|
228 | _p[v] = nil(); |
---|
229 | size_type u = _left[_root]; |
---|
230 | _left[v] = u; |
---|
231 | _right[v] = _root; |
---|
232 | _left[_root] = _right[u] = v; |
---|
233 | if (_compare(d, _key[_root])) |
---|
234 | _root = v; |
---|
235 | } |
---|
236 | |
---|
237 | void print_recur(size_type x, std::ostream& os) { |
---|
238 | if (x != nil()) { |
---|
239 | os << x; |
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240 | if (_child[x] != nil()) { |
---|
241 | os << "("; |
---|
242 | size_type i = _child[x]; |
---|
243 | do { |
---|
244 | print_recur(i, os); os << " "; |
---|
245 | i = _right[i]; |
---|
246 | } while (i != _child[x]); |
---|
247 | os << ")"; |
---|
248 | } |
---|
249 | } |
---|
250 | } |
---|
251 | |
---|
252 | size_type nil() const { return _left.size(); } |
---|
253 | |
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254 | std::vector<T> _key; |
---|
255 | LinkVec _left, _right, _p; |
---|
256 | std::vector<bool> _mark; |
---|
257 | LinkVec _degree; |
---|
258 | size_type _n, _root; |
---|
259 | ID _id; |
---|
260 | Compare _compare; |
---|
261 | LinkVec _child; |
---|
262 | LinkVec new_roots; |
---|
263 | }; |
---|
264 | |
---|
265 | } // namespace boost |
---|
266 | |
---|
267 | |
---|
268 | #endif // BOOST_FIBONACCI_HEAP_HPP |
---|