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2026-10-29 03:46:43 +08:00

160 lines
4.9 KiB
Java

/**
* File: my_heap.java
* Created Time: 2023-01-07
* Author: krahets ([email protected])
*/
package chapter_heap;
import utils.*;
import java.util.*;
/* 최대 힙 */
class MaxHeap {
// 배열 대신 리스트를 사용하므로 용량 확장을 고려할 필요가 없다
private List<Integer> maxHeap;
/* 생성자: 입력 리스트를 바탕으로 힙 구성 */
public MaxHeap(List<Integer> nums) {
// 리스트 원소를 그대로 힙에 추가한다
maxHeap = new ArrayList<>(nums);
// 리프 노드를 제외한 모든 노드에 힙 재정렬을 수행한다
for (int i = parent(size() - 1); i >= 0; i--) {
siftDown(i);
}
}
/* 왼쪽 자식 노드의 인덱스 반환 */
private int left(int i) {
return 2 * i + 1;
}
/* 오른쪽 자식 노드의 인덱스 반환 */
private int right(int i) {
return 2 * i + 2;
}
/* 부모 노드의 인덱스 반환 */
private int parent(int i) {
return (i - 1) / 2; // 나눗셈의 결과를 내림한다
}
/* 원소 교환 */
private void swap(int i, int j) {
int tmp = maxHeap.get(i);
maxHeap.set(i, maxHeap.get(j));
maxHeap.set(j, tmp);
}
/* 힙 크기 반환 */
public int size() {
return maxHeap.size();
}
/* 힙이 비어 있는지 판단 */
public boolean isEmpty() {
return size() == 0;
}
/* 힙의 루트 원소 접근 */
public int peek() {
return maxHeap.get(0);
}
/* 힙에 원소 삽입 */
public void push(int val) {
// 노드 추가
maxHeap.add(val);
// 아래에서 위로 힙을 재정렬한다
siftUp(size() - 1);
}
/* 노드 i에서 시작하여 아래에서 위로 힙 재정렬 */
private void siftUp(int i) {
while (true) {
// 노드 i의 부모 노드를 구한다
int p = parent(i);
// 루트 노드를 넘어가거나 노드를 수정할 필요가 없으면 힙 재정렬을 마친다
if (p < 0 || maxHeap.get(i) <= maxHeap.get(p))
break;
// 두 노드를 교환한다
swap(i, p);
// 위쪽으로 힙 재정렬을 반복한다
i = p;
}
}
/* 힙에서 원소 꺼내기 */
public int pop() {
// 비어 있는 경우를 처리한다
if (isEmpty())
throw new IndexOutOfBoundsException();
// 루트 노드와 가장 오른쪽 리프 노드를 교환한다(첫 원소와 마지막 원소 교환)
swap(0, size() - 1);
// 노드 삭제
int val = maxHeap.remove(size() - 1);
// 위에서 아래로 힙을 재정렬한다
siftDown(0);
// 힙의 루트 원소를 반환한다
return val;
}
/* 노드 i에서 시작하여 위에서 아래로 힙 재정렬 */
private void siftDown(int i) {
while (true) {
// 노드 i, l, r 중 값이 가장 큰 노드를 찾아 ma로 표시한다
int l = left(i), r = right(i), ma = i;
if (l < size() && maxHeap.get(l) > maxHeap.get(ma))
ma = l;
if (r < size() && maxHeap.get(r) > maxHeap.get(ma))
ma = r;
// 노드 i의 값이 가장 크거나 인덱스 l, r이 범위를 벗어나면 힙을 더 재정렬할 필요가 없으므로 종료한다
if (ma == i)
break;
// 두 노드를 교환한다
swap(i, ma);
// 아래쪽으로 힙 재정렬을 반복한다
i = ma;
}
}
/* 힙 출력(이진 트리) */
public void print() {
Queue<Integer> queue = new PriorityQueue<>((a, b) -> { return b - a; });
queue.addAll(maxHeap);
PrintUtil.printHeap(queue);
}
}
public class my_heap {
public static void main(String[] args) {
/* 최대 힙 초기화 */
MaxHeap maxHeap = new MaxHeap(Arrays.asList(9, 8, 6, 6, 7, 5, 2, 1, 4, 3, 6, 2));
System.out.println("\n리스트를 입력하여 힙을 구성한 후");
maxHeap.print();
/* 힙의 루트 원소 반환 */
int peek = maxHeap.peek();
System.out.format("\n힙의 루트 원소: %d\n", peek);
/* 힙에 원소 삽입 */
int val = 7;
maxHeap.push(val);
System.out.format("\n원소를 힙에 삽입한 후(원소: %d)\n", val);
maxHeap.print();
/* 힙의 루트 원소 꺼내기 */
peek = maxHeap.pop();
System.out.format("\n힙의 루트 원소를 꺼낸 후(원소: %d)\n", peek);
maxHeap.print();
/* 힙 크기 반환 */
int size = maxHeap.size();
System.out.format("\n힙의 원소 개수: %d\n", size);
/* 힙이 비어 있는지 판단 */
boolean isEmpty = maxHeap.isEmpty();
System.out.format("\n힙이 비어 있는가: %b\n", isEmpty);
}
}