并查集知识梳理

并查集

并查集的定义

  1. 并查集是一种树型的数据结构,用于处理一些不相交集合的合并及查询问题。
  2. 并查集通常包含两种操作:
    查找(Find):查询两个元素是否在同一个集合中
    合并(Union):把两个不相交的集合合并为一个集合
  3. 组词解释法:并:合并,查:查找,集:集合。连成一句话来说就是用来合并、查找的集合

并查集的思想

开始所有点上级都为它本身

下标 0 1 2 3 4 5
上级 0 1 2 3 4 5

把2,3合并到0(树1),

把4,5合并到1(树2)

下标 0 1 2 3 4 5
上级 0 1 0 0 1 1

把1合并到0(合并树1,树2)

下标 0 1 2 3 4 5
上级 0 0 0 0 1 1

朴素并查集的代码

(1)初始化

int parent[105];//记录自己的上级
void init(int n) {
    for(int i = 0;i < n;i ++) {
        parent[i] = i;//将自己的上级赋值为自己
    }
}

现在所有点上级都为它本身

下标 0 1 2 3 4 5
上级 0 1 2 3 4 5

(2)查找

int find(int x) {
    if(parent[x] == x) {//判断自己是不是自己的上级
        return x;
    } else {
        return find(parent[x]);//如果不是,查找自己上级的上级
    }
}

查找时要一层一层的访问自己的上级,自己到自己是自己的上级为止

下标 0 1 2 3 4 5
上级 0 0 0 0 1 1

举例:访问4的上级

路径:4->1,1->0

(3)合并

//把j合并到i中去
void merge(int i,int j) {
    parent[find(j)]=find(i);//把j的上级设为i的上级
}

下标 0 1 2 3 4 5
上级 0 1 0 0 1 1

下标 0 1 2 3 4 5
上级 0 0 0 0 1 1

将1合并到0

路径压缩

作用:

提高并查集效率

举一个极端的例子:

假设我们一共有1e9个点,如图一直排列下去

那么我们查找就需要o(n)的复杂度(就会爆炸)

但办法是人想出来的,记住并查集是一个树形结构,然后就有了下图的优化

这样一来时间复杂度就只有o(logn)了(十分的诱人呢)

接下来是上代码时间

(1)查找代码

版本一:

int find (int x) {
    if (parent[x] == x) {
       return x; 
    } else {
        parent[x] = find(parent[x]);
        return parent[x];
    }
}

版本二:

int find (int x) {
    return x == parent[x] ? x : (parent[x] = find(parent[x]));
}

(2)路径压缩完整代码

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
#define MAXN 100;
int parent[MAXN];
void init (int n) {//初始化
    for (int i = 1;i <= n;i ++){
        parent[i] = i;
    }
}
int find (int x) {//查找
    if (parent[x] == x) {
       return x; 
    } else {
        parent[x] = find(parent[x]);
        return parent[x];
    }
}
void merge (int i,int j) {//合并
    parent[j] = find(i);
}
int main() {
    return 0;
}

按秩合并

思想

如果现在要合并两一棵树,那么我们应该怎么去合并最优呢?

是从右边到左边?还是从左边到右边?谁是合并后的根节点?

显然这种情况下,我们有两种合并方法:

方法一:

方法二:

我们通过路径压缩知道,深度越浅时间复杂度的上限越小

所以,明显方法二才是最优解

实现

(1)初始化

void init(int n) {
    for(int i = 0;i < n;i ++) {
        parent[i] = i;
        rank[i] = 1;//rank用来记录深度,开始一为一棵树,所以赋值为1
    }
}

(2)合并

void merge (int i,int j) {//合并
    int x = find(i),y = find(j);
    if(rank[x] < rank[y]) {//x作为根节点和y作为根节点的子树的深度比较
        parent[x] = y;//小于则把x合并到y
    } else {
        parent[y] = x;//大于则把y合并到x
    }
    if(rank[x] == rank[y] && x != y) {
        rank[x] ++;//如果两棵树深度相同,那么rank[x] + 1;
    }
}

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THE END
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