Code di Priorità

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Algoritmi e strutture dati 2/ed
Algoritmi e strutture dati 2/ed
Tipo di dato CodaPriorità (1/2)
Algoritmi e Strutture Dati
Code di priorità
Basato su materiale di C. Demetrescu, I. Finocchi, G.F. Italiano
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Algoritmi e strutture dati 2/ed
Algoritmi e strutture dati 2/ed
Tipo di dato CodaPriorità (2/2)
Tre implementazioni
d-heap: generalizzazione degli heap
binari visti per l’ordinamento
heap binomiali
heap di Fibonacci
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Algoritmi e strutture dati 2/ed
Algoritmi e strutture dati 2/ed
Definizione
Un d-heap è un albero radicato d-ario con le seguenti
proprietà:
1.
Struttura: è completo almeno fino al penultimo
livello
2.
Contenuto informativo: ogni nodo v contiene un
elemento elem(v) ed una chiave chiave(v) presa
da un dominio totalmente ordinato
3.
Ordinamento a heap: chiave(v) ≥
chiave(parent(v)) per ogni nodo v diverso dalla
radice
d-heap
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Algoritmi e strutture dati 2/ed
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Algoritmi e strutture dati 2/ed
Esempio
Heap d-ario con 18 nodi e d=3
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Proprietà
1.
Un d-heap con n nodi ha altezza O(logd n)
2.
La radice contiene l’elemento con chiave minima
(per via della proprietà di ordinamento a heap)
3.
Può essere rappresentato implicitamente tramite
vettore posizionale grazie alla proprietà di
struttura
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Algoritmi e strutture dati 2/ed
Algoritmi e strutture dati 2/ed
Procedure ausiliarie
findMin
Utili per ripristinare la proprietà di ordinamento a
heap su un nodo v che non la soddisfi
T(n)=O(logd n)
T(n)=O(d logd n)
T(n)=O(1)
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Algoritmi e strutture dati 2/ed
insert(elem e, chiave k)
T(n)=O(logd n)
delete(elem e) e deleteMin
T(n)=O(d logd n)
per l’esecuzione di muoviAlto
per l’esecuzione di muoviBasso
Può essere usata anche per implementare la cancellazione del
minimo
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Algoritmi e strutture dati 2/ed
Algoritmi e strutture dati 2/ed
decreaseKey(elem e, chiave q)
increaseKey(elem e, chiave q)
q
q
T(n)=O(logd n) per l’esecuzione di muoviAlto
T(n)=O(d logd n) per l’esecuzione di muoviBasso
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Algoritmi e strutture dati 2/ed
Alberi binomiali
Un albero binomiale Bh è definito ricorsivamente come segue:
1.
B0 consiste di un unico nodo
2.
Per i≥0, Bi+1 è ottenuto fondendo due alberi binomiali Bi con la
radice dell’uno come figlia della radice dell’altro
Heap binomiali
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Algoritmi e strutture dati 2/ed
Algoritmi e strutture dati 2/ed
Definizione di heap binomiale
Proprietà strutturali
Un heap binomiale è una foresta di alberi binomiali con le
seguenti proprietà:
1.
2.
3.
4.
Struttura: ogni albero Bi nella foresta è un albero binomiale
Unicità: per ogni i, esiste al più un Bi nella foresta
Contenuto informativo: ogni nodo v contiene un elemento
elem(v) ed una chiave chiave(v) presa da un dominio
totalmente ordinato
Ordinamento a heap: chiave(v) ≥ chiave(parent(v)) per
ogni nodo v diverso da una delle radici
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Algoritmi e strutture dati 2/ed
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Algoritmi e strutture dati 2/ed
Proprietà
Procedura ausiliaria
Utile per ripristinare la proprietà di unicità in un heap
binomiale
In un heap binomiale con n nodi, vi sono al
più log2 n alberi binomiali,
ciascuno con grado ed altezza O(log n)
T(n) è proporzionale al numero di alberi binomiali in input
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Algoritmi e strutture dati 2/ed
Algoritmi e strutture dati 2/ed
Realizzazione (1/3)
Realizzazione (2/3)
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Algoritmi e strutture dati 2/ed
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Algoritmi e strutture dati 2/ed
Realizzazione (3/3)
Heap di Fibonacci
Tutte le operazioni richiedono tempo T(n) = O(log n)
Durante l’esecuzione della procedura ristruttura esistono
infatti al più tre Bi, per ogni i ≥ 0
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Algoritmi e strutture dati 2/ed
Algoritmi e strutture dati 2/ed
Heap di Fibonacci
Conclusioni: tabella riassuntiva
Heap binomiale rilassato: si ottiene da un heap
binomiale rilassando la proprietà di unicità dei Bi
ed utilizzando un atteggimento più “pigro” durante
l’operazione insert (perché ristrutturare subito la
foresta quando potremmo farlo dopo?)
Heap di Fibonacci: si ottiene da un heap binomiale
rilassato rilassando la proprietà di struttura dei Bi
che non sono più necessariamente alberi
binomiali
Analisi sofisticata: i tempi di esecuzione sono
ammortizzati su sequenze di operazioni
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L’analisi di DHeap e HeapBinomiale è nel caso
peggiore, mentre quella per HeapBinomialeRilassato e
HeapFibonacci è ammortizzata
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