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2023_Informatik_b/6/heap.cpp

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+// g++ ./w6/heap.cpp -o ./bin/heap && ./bin/heap
+
+#include <iostream>
+#include <vector>
+
+class MaxHeap {
+private:
+    std::vector<int> heap;
+
+    // Hilfsfunktionen zum Vertauschen von Elementen und zur Berechnung von Eltern- und Kindknotenindizes
+    void swap(int& a, int& b) {
+        int temp = a;
+        a = b;
+        b = temp;
+    }
+
+    int getParentIndex(int index) {
+        return (index - 1) / 2;
+    }
+
+    int getLeftChildIndex(int index) {
+        return (2 * index) + 1;
+    }
+
+    int getRightChildIndex(int index) {
+        return (2 * index) + 2;
+    }
+
+    // Hilfsfunktion zum Wiederherstellen der Heap-Eigenschaft nach oben
+    void heapifyUp(int index) {
+        if (index == 0)
+            return;
+
+        int parentIndex = getParentIndex(index);
+        if (heap[parentIndex] < heap[index]) {
+            swap(heap[parentIndex], heap[index]);
+            heapifyUp(parentIndex);
+        }
+    }
+
+    // Hilfsfunktion zum Wiederherstellen der Heap-Eigenschaft nach unten
+    void heapifyDown(int index) {
+        int largest = index;
+        int leftChildIndex = getLeftChildIndex(index);
+        int rightChildIndex = getRightChildIndex(index);
+
+        if (leftChildIndex < heap.size() && heap[leftChildIndex] > heap[largest])
+            largest = leftChildIndex;
+
+        if (rightChildIndex < heap.size() && heap[rightChildIndex] > heap[largest])
+            largest = rightChildIndex;
+
+        if (largest != index) {
+            swap(heap[index], heap[largest]);
+            heapifyDown(largest);
+        }
+    }
+
+public:
+    // Einfügen eines Elements in den Heap
+    void insert(int value) {
+        heap.push_back(value);
+        heapifyUp(heap.size() - 1);
+    }
+
+    // Entfernen des Maximums aus dem Heap
+    int removeMax() {
+        if (heap.empty())
+            throw std::out_of_range("Heap is empty!");
+
+        int max = heap[0];
+        heap[0] = heap.back();
+        heap.pop_back();
+        heapifyDown(0);
+
+        return max;
+    }
+
+    // Zugriff auf das Maximum im Heap
+    int getMax() {
+        return heap[0];
+    }
+
+    // Prüfen, ob der Heap leer ist
+    bool isEmpty() {
+        return heap.empty();
+    }
+};
+
+int main() {
+    MaxHeap heap;
+
+    // Beispielverwendung des Heaps
+    heap.insert(10);
+    heap.insert(7);
+    heap.insert(15);
+    heap.insert(30);
+    heap.insert(20);
+
+    std::cout << "Max: " << heap.getMax() << std::endl;
+
+    heap.removeMax();
+
+    std::cout << "Max after removal: " << heap.getMax() << std::endl;
+
+    return 0;
+}