并查集

mac2022-06-30  73

并查集的原理介绍

并查集是一种特殊的集合,它包括“并”和“查”两部分,就是说,它只能进行“并”和“查”两种操作。

举个形象的例子来体现并查集:

小明在玩一个叫做“到底有几个团队”的游戏,这个游戏是这样的:有若干个人组成了若干个团队,然后,这些人会给小明若干个线索,线索类似于说“xx和xx在一个团队里”,小明要做的,就是根据线索求出到底有多少个团队。

比如说:

现在有\(3\)个人,分别是小力,小华和小刚。

这时他们给出了\(1\)条线索:小华和小刚是一个团队的。

很显然,有\(2\)个团队。

但如果再复杂一点呢?

现在有\(10\)个人,分别是\(1,2,3,4,5,6,7,8,9,10\)

这时他们给出了\(7\)条线索:

\(2\)\(4\)是一个团队的;

\(5\)\(7\)是一个团队的;

\(1\)\(3\)是一个团队的;

\(8\)\(9\)是一个团队的;

\(1\)\(2\)是一个团队的;

\(5\)\(6\)是一个团队的;

\(2\)\(3\)是一个团队的。

是不是感觉有点晕了,这么多人和线索,而且这些线索绕来绕去的,实在有些难分辨。

当然,我们可以画图来帮助解题。

最初始的状态:

得到线索“\(2\)\(4\)是一个团队的”时:

得到线索“\(5\)\(7\)是一个团队的”时:

得到线索“\(1\)\(3\)是一个团队的”时:

得到线索“\(8\)\(9\)是一个团队的”时:

得到线索“\(1\)\(2\)是一个团队的”时:

得到线索“\(5\)\(6\)是一个团队的”时:

得到线索“\(2\)\(3\)是一个团队的”时:

因为\(2\)\(3\)在得到线索“\(1\)\(3\)是一个团队的”时就在一个团队里了,所以状态没有发生变化。

从图中可知,共有\(4\)个团队。

并查集就类似于模仿上文“画图”的方式来进行问题求解。

并查集的代码实现

上文说到,并查集的操作分为“并”和“查”两部分,我们来讲讲并查集的两种操作的实现。

“并”

void unionn(int x,int y)//"并" { x=find(x); y=find(y); if(x!=y)father[y]=x; }

“查”

递归实现

int find(int x)//"查" { if(father[x]!=x)return find(father[x]); else return x; }

非递归实现

int find(int x)//"查" { while(father[x]!=x)x=father[x]; return x; }

并查集的路径压缩

当题目数据比较特殊,比如是一条链时,这种“并”与“查”的方式就会超时。这时就要用到一种优化的方法:路径压缩。这种做法就是在找完某个元素的根节点之后,在递归回来的时候顺便把路径上元素的父亲都指向根节点。

举个例子:

没有路径压缩的元素存储方式:

有路径压缩的元素存储方式:

从图中可以看出来,有路径压缩的并查集进行“查”的操作会更快。

实现如下(仅能递归实现):

int find(int x)//"查" { if(father[x]!=x)father[x]=find(father[x]); return father[x]; }

并查集的初始化

注意,最初始的状态是所有元素的父亲就是自己,所以,应当进行初始化。 代码如下:

for(int i=1;i<=n;i++) father[i]=i;

实现例子

看了那么久,我们来做一道题目吧,将例子中的人数设定为\(n(n \le 10000)\)人,将线索设定为\(m(m \le 10000)\)条,线索的输入方式设定为:A B\((A,B\)为数字\()\)现在来做一做吧。

\(Code:\)

#include <iostream> using namespace std; int father[10010];//father数组存储着并查集元素 void start(int n)//初始化 { for(int i=1;i<=n;i++) father[i]=i; } int find(int x)//"查" { if(father[x]!=x)father[x]=find(father[x]); return father[x]; } void unionn(int x,int y)//"并" { x=find(x); y=find(y); father[x]=y; } int main() { int n,m,ans=0; cin>>n>>m; start(n); for(int i=1;i<=m;i++) { int a,b; cin>>a>>b; unionn(a,b);//将a,b合并成一个团队 } for(int i=1;i<=n;i++) if(father[i]==i)ans++;//如果某个元素的父亲就是它自己,则这是一个以其为首的团队 cout<<ans; return 0; }

转载于:https://www.cnblogs.com/Naive-Cat/p/10702990.html

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