文心一言 VS 讯飞星火 VS chatgpt （276）-- 算法导论20.3 3题

三、写出创建空 van Emde Boas 树过程的伪代码。如果要写代码，请用go语言。

文心一言：

首先，我们来讨论一下van Emde Boas树的伪代码，然后再给出Go语言的实现。

伪代码
Van Emde Boas树通常用于支持在[0, 2^w - 1]范围内的高效查找、插入和删除操作，其中w是一个正整数，代表树的宽度。这里我们假设w是一个固定的值，例如w=5（意味着树支持从0到31的整数）。

创建空van Emde Boas树的伪代码可能如下：

function createEmptyVanEmdeBoasTree(w):  
    if w <= 2:  
        return a bit array of size 2^w initialized to all zeros  
    else:  
        return a structure with:  
            low: a vanEmdeBoasTree with w - 1  
            high: a vanEmdeBoasTree with w - 1  
            summary: a bit array of size 2 initialized to all zeros  
            minVal: a variable initialized to Infinity  
            maxVal: a variable initialized to -Infinity
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

Go语言实现

在Go语言中，我们可以使用结构体来表示van Emde Boas树，并根据上面的伪代码来实现它。但是，由于Go没有内置的“无穷大”或“无穷小”的值，我们将使用int类型的最大值和最小值来表示这些概念。

注意：由于Go的类型系统和内存管理的限制，实现一个完整的van Emde Boas树在Go中可能会比较复杂。以下是一个简化的示例，仅用于说明基本思想。

package main  
  
import (  
    "fmt"  
    "math"  
)  
  
type VanEmdeBoasTree struct {  
    width int  
    low   *VanEmdeBoasTree  
    high  *VanEmdeBoasTree  
    // 简化的实现，不使用summary和min/max值  
    // ...  
}  
  
func createEmptyVanEmdeBoasTree(w int) *VanEmdeBoasTree {  
    if w <= 2 {  
        // 在这个简化的示例中，我们只是返回一个nil指针，表示没有元素  
        // 在实际实现中，您可能需要使用一个位数组或其他数据结构来跟踪元素  
        return nil  
    }  
    return &VanEmdeBoasTree{  
        width: w,  
        low:   createEmptyVanEmdeBoasTree(w - 1),  
        high:  createEmptyVanEmdeBoasTree(w - 1),  
        // ...  
    }  
}  
  
func main() {  
    tree := createEmptyVanEmdeBoasTree(5) // 创建一个支持0-31整数的van Emde Boas树  
    fmt.Println("Van Emde Boas Tree created with width:", tree.width)  
    // ... 其他操作，如插入、删除和查找  
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34

这个示例代码仅用于演示如何开始实现一个van Emde Boas树。在实际应用中，您还需要添加插入、删除和查找操作的支持，并处理summary、minVal和maxVal等额外字段。此外，由于Go语言的限制，这个实现可能无法完全利用van Emde Boas树的所有优点。

讯飞星火：

van Emde Boas树是一种用于实现关联数组的数据结构，它使用二进制向量来表示元素。以下是创建空的van Emde Boas树的伪代码：

function createVebTree(u):
    return {minimum: 0, maximum: 2^u - 1, clusters: [nil]*(2^u), summary: nil}
1
2

在上述伪代码中，我们首先定义了一个函数createVebTree，该函数接受一个参数u，然后返回一个包含最小值、最大值、簇和摘要属性的对象。最小值和最大值分别是树的最小和最大索引，簇是一个长度为2^u的数组，用于存储树的元素，摘要是一个指向另一个Veb树的指针，用于表示大于当前簇的所有元素的最小值。

360智脑：

Van Emde Boas树是一种用于对集合中的元素进行高效（log log U）查找、插入和删除的抽象数据类型，其中U是集合中可能的键的最大数量。它适用于键是整数的情况。

以下是创建空 Van Emde Boas 树的伪代码：

function createEmptyVANEmdeBoasTree():
    // 创建一个空的链表，用于存储 Van Emde Boas 树的节点。
    let emptyList = []

    // 创建一个指向链表头节点的指针。
    let header = {
        predecessor: null,
        successor: null,
        rank: 0,
        minimum: null,
        maximum: null,
        parent: null,
        children: emptyList
    }

    // 将头节点添加到空列表中。
    emptyList.push(header)

    // 返回新创建的 Van Emde Boas 树的根节点。
    return header
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20

在Go语言中，这个伪代码可能会像这样实现：

type VEBNode struct {
    predecessor *VEBNode
    successor   *VEBNode
    rank        int
    minimum     interface{}
    maximum     interface{}
    parent      *VEBNode
    children    []*VEBNode
}

func CreateEmptyVEBTree() *VEBNode {
    var emptyList []*VEBNode

    header := &VEBNode{
        predecessor: nil,
        successor:  nil,
        rank:       0,
        minimum:    nil,
        maximum:    nil,
        parent:     nil,
        children:   emptyList,
    }

    emptyList = append(emptyList, header)

    return header
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27

请注意，这只是一个基本的框架，实际的 Van Emde Boas 树实现会更加复杂，因为它需要处理插入、删除和查找操作，并且可能还需要其他辅助数据结构来支持这些操作。此外，上述伪代码和Go代码都没有进行错误检查和异常处理，这在实际的应用程序中是必需的。

智谱清言：

Van Emde Boas树是一种用于快速处理集合操作的数据结构，例如计算集合的排名、中位数和其他统计信息。下面是创建空Van Emde Boas树的伪代码，以及用Go语言实现该树的简单例子。

伪代码：

function CreateEmptyVanEmdeBoasTree(d):
    root = NULL
    for i = 0 to d-1:
        root.children[i] = NULL
    return root
1
2
3
4
5

Go语言实现：

package main
import (
	"fmt"
)
type VanEmdeBoasTreeNode struct {
	children [2]*VanEmdeBoasTreeNode
}
func CreateEmptyVanEmdeBoasTree(d int) *VanEmdeBoasTreeNode {
	root := &VanEmdeBoasTreeNode{}
	for i := 0; i < d; i++ {
		root.children[i] = nil
	}
	return root
}
func main() {
	d := 4 // 假设我们有一个维度为4的Van Emde Boas树
	root := CreateEmptyVanEmdeBoasTree(d)
	fmt.Println("空Van Emde Boas树创建成功。")
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19

在这个Go语言的例子中，我们定义了一个VanEmdeBoasTreeNode结构体，它包含两个孩子节点。CreateEmptyVanEmdeBoasTree函数接收一个整数d作为维度，并创建一个空的Van Emde Boas树。在main函数中，我们调用这个函数并打印一条消息以确认树已成功创建。

请注意，这只是一个Van Emde Boas树的基本实现，实际使用中还需要添加更多的功能，如插入、删除、查找等操作。

天工：

创建空的van Emde Boas树（vEB树）的过程相对简单，因为它只需要初始化一些基本的数据结构。vEB树是一种用于实现高效的字典数据结构，特别适合于固定大小的整数集合。一个空的vEB树不包含任何元素，因此它的结构非常基础。

以下是用Go语言编写的创建空vEB树的伪代码：

type vEBTree struct {
    u        int // universe size, must be a power of 2
    min      int // minimum element in the tree
    max      int // maximum element in the tree
    summary *vEBTree // summary tree for clustering
    clusters [](*vEBTree) // array of clusters
}

func createEmptyVEBTree(u int) *vEBTree {
    // Create an empty vEB tree with universe size u
    var tree vEBTree
    tree.u = u
    
    // If the universe size is 2, then there are no clusters or summary
    if u == 2 {
        return &tree
    }
    
    // For larger universes, initialize the summary and clusters
    tree.summary = createEmptyVEBTree(sqrt(u))
    for i := 0; i < sqrt(u); i++ {
        tree.clusters[i] = createEmptyVEBTree(sqrt(u))
    }
    
    return &tree
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26

在这个伪代码中，我们定义了一个vEBTree结构体，它包含了vEB树的基本组成部分。createEmptyVEBTree函数接受一个宇宙大小u作为参数，并返回一个新的空vEB树。如果宇宙大小u是2，那么树就是一个简单的二元组，不需要进一步的结构。对于更大的宇宙大小，我们递归地创建一个摘要树和一组集群树。

请注意，这个伪代码假设sqrt函数用于计算宇宙大小u的平方根，这在实际的Go语言环境中可以通过math.Sqrt函数实现。此外，这个伪代码没有包含错误检查和其他可能需要的细节，比如内存分配和释放，这些在实际的程序中是必要的。

chatgpt：

下面是使用 Go 语言编写的创建空 Van Emde Boas 树的伪代码：

type vanEmdeBoas struct {
    u        int
    min, max int
    summary  *vanEmdeBoas
    clusters []*vanEmdeBoas
}

func newVanEmdeBoas(u int) *vanEmdeBoas {
    if u < 0 {
        return nil // 错误处理：无效的参数值
    }

    veb := &vanEmdeBoas{u: u}
    
    if u == 2 {
        veb.min = -1
        veb.max = -1
        return veb
    }
    
    sqrtU := int(math.Sqrt(float64(u)))
    highBits := (u + 1) / 2
    
    veb.summary = newVanEmdeBoas(highBits)
    veb.clusters = make([]*vanEmdeBoas, highBits)
    
    for i := range veb.clusters {
        veb.clusters[i] = newVanEmdeBoas(sqrtU)
    }
    
    return veb
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32

这段代码定义了一个 vanEmdeBoas 结构体，其中包含了需要的属性和方法。newVanEmdeBoas 函数用于创建空 Van Emde Boas 树，并返回其指针。在函数中，首先检查输入参数的有效性，然后根据不同情况进行初始化。对于 u=2 的特殊情况，直接设置最小值和最大值为 -1。对于其他情况，计算高位比特数目和平方根，并递归创建 summary 和 clusters，最后返回创建好的树。

kimi：

创建一个空的van Emde Boas (vEB) 树的过程涉及到初始化树的结构，包括确定树的级别、创建所需的数组和summary位。以下是创建空vEB树的伪代码：

PROTO-vEB-CREATE(u)
    // u 是宇宙集合的大小，必须是 2 的幂
    Initialize an empty vEB tree T
    T.activeSize = 0          // 初始化活动表的大小为 0
    T.universe = u            // 设置宇宙集合的大小
    T.level = ceil(log2(u))    // 计算树的级别，即 ceil(log2(u))
    
    for i from 1 to T.level
        T.table[i] = Create an empty array of size u^(2^-i)  // 创建每个级别的数组
        T.summary[i] = Create an empty array of size ceil(u^(1-2^-i) / 2^i)  // 创建每个级别的 summary 位数组

    return T
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

在Go语言中，我们可以将这个伪代码转换为以下实现：

package main

import (
	"fmt"
	"math"
)

const (
	DefaultUniverseSize = 1024 // 默认宇宙集合的大小，可以根据需要调整
)

// VEBNode 表示 vEB 树的节点，这里简化为仅包含关键字和子节点
type VEBNode struct {
	Key      int
	Children []*VEBNode
}

// ProtoVEBTree 表示 proto-vEB 树
type ProtoVEBTree struct {
	ActiveSize int // 活动表的大小
	Universe   int // 宇宙集合的大小
	Table      []map[int]*VEBNode // 每个级别的数组，存储节点
	Summary    []map[int]bool     // 每个级别的 summary 位数组
	Level      int               // 树的级别
}

// CreateProtoVEBTree 创建并初始化一个空的 proto-vEB 树
func CreateProtoVEBTree(universeSize int) *ProtoVEBTree {
	tree := &ProtoVEBTree{
		ActiveSize: 0,
		Universe:   universeSize,
		Level:      int(math.Ceil(math.Log2(float64(universeSize)))),
	}

	for i := 0; i < tree.Level; i++ {
		size := int(math.Pow(float64(universeSize), -float64(i+1)/2))
		tree.Table = append(tree.Table, make(map[int]*VEBNode, size))
		summarySize := (universeSize/size + 1) / 2
		tree.Summary = append(tree.Summary, make(map[int]bool, summarySize))
	}

	return tree
}

func main() {
	// 创建一个默认大小的空 proto-vEB 树
	protoVEB := CreateProtoVEBTree(DefaultUniverseSize)
	fmt.Printf("Empty proto-vEB tree created with universe size: %d\n", protoVEB.Universe)
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49

在这个Go语言示例中，我们定义了VEBNode结构体来表示vEB树的节点，ProtoVEBTree结构体来表示proto-vEB树本身。CreateProtoVEBTree函数根据给定的宇宙集合大小创建并初始化一个空的proto-vEB树。

请注意，这个示例仅用于演示如何创建一个空的proto-vEB树。实际的proto-vEB树实现会更加复杂，并且需要考虑具体的操作逻辑和优化。

混元：

在Go语言中，创建一个空的van Emde Boas树的过程可以通过以下伪代码和代码实现：

伪代码：

function createEmptyVanEmdeBoasTree(universeSize):
    if universeSize is not a power of 2:
        return "Error: Universe size must be a power of 2"

    if universeSize == 2:
        return createEmptyBinaryVanEmdeBoasTree()

    root = new VanEmdeBoasTreeNode
    root.universeSize = universeSize
    root.min = None
    root.max = None
    root.summary = createEmptyVanEmdeBoasTree(sqrt(universeSize))

    for i in range(sqrt(universeSize)):
        root.clusters[i] = createEmptyVanEmdeBoasTree(sqrt(universeSize))

    return root

function createEmptyBinaryVanEmdeBoasTree():
    root = new VanEmdeBoasTreeNode
    root.universeSize = 2
    root.min = None
    root.max = None
    root.summary = None
    root.clusters = None

    return root
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27

Go语言代码实现：

package main

import (
	"fmt"
	"math"
)

type VanEmdeBoasTreeNode struct {
	universeSize int
	min          int
	max          int
	summary      *VanEmdeBoasTreeNode
	clusters     []*VanEmdeBoasTreeNode
}

func createEmptyVanEmdeBoasTree(universeSize int) *VanEmdeBoasTreeNode {
	if !isPowerOfTwo(universeSize) {
		fmt.Println("Error: Universe size must be a power of 2")
		return nil
	}

	if universeSize == 2 {
		return createEmptyBinaryVanEmdeBoasTree()
	}

	root := &VanEmdeBoasTreeNode{}
	root.universeSize = universeSize
	root.min = -1
	root.max = -1
	root.summary = createEmptyVanEmdeBoasTree(int(math.Sqrt(float64(universeSize))))

	root.clusters = make([]*VanEmdeBoasTreeNode, int(math.Sqrt(float64(universeSize))))
	for i := range root.clusters {
		root.clusters[i] = createEmptyVanEmdeBoasTree(int(math.Sqrt(float64(universeSize))))
	}

	return root
}

func createEmptyBinaryVanEmdeBoasTree() *VanEmdeBoasTreeNode {
	root := &VanEmdeBoasTreeNode{}
	root.universeSize = 2
	root.min = -1
	root.max = -1
	root.summary = nil
	root.clusters = nil

	return root
}

func isPowerOfTwo(n int) bool {
	return n != 0 && (n&(n-1)) == 0
}

func main() {
	tree := createEmptyVanEmdeBoasTree(16)
	fmt.Println(tree)
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58

这段代码首先定义了一个VanEmdeBoasTreeNode结构体，用于表示van Emde Boas树的节点。然后，我们实现了createEmptyVanEmdeBoasTree函数，该函数根据给定的宇宙大小创建一个空的van Emde Boas树。对于二进制van Emde Boas树，我们实现了一个单独的createEmptyBinaryVanEmdeBoasTree函数。最后，我们实现了一个辅助函数isPowerOfTwo，用于检查给定的整数是否为2的幂。在main函数中，我们创建了一个空的van Emde Boas树，并打印了其结构。