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  • 并查集【专辑@AbandonZHANG】

    并查集是一种树型的数据结构,用于处理一些不相交集合(Disjoint Sets)的合并及查询问题。 并查集(Disjoint-set data structure ---from wiki )的题目大体分为三个:普通的并查集带种类的并查集扩展的并查集(主要是必须指定合并时的父子关系,或者统计一些数据,比如此集合内的元素数目。)   普通并查集 比较简单、直接的不相交集合的合并和查询问题。此类并查集一般表示:如果a、b同集则表示a、b同类;否则a、b不同类。   ♠POJ 2524 Ubiquitous Religions (并查集入门 || 第一个并查集程序) 直接套模板即可。。。   ♦种类并查集 较复杂的并查集题目,此类并查集表示的已经不是同类、不同类的问题,而是a、b同集则表示a、b有关系;不同集表示a、b没关系。而同集有关系中又包含不同的种类问题。比如亲戚和非亲戚,而亲戚中有包含父亲、儿子等等关系,所以在同意并查集中处理不同种类比较麻烦。 关键词:标记、向量思维   ♠POJ 1182 食物链 (经典种类并查集)
    种类并查集思路总结: 题目告诉有3种动物,互相吃与被吃,现在告诉你m句话,其中有真有假,叫你判断假的个数(如果前面没有与当前话冲突的,即认为其为真话) 这题有几种做法,我以前的做法是每个集合(或者称为子树,说集合的编号相当于子树的根结点,一个概念)中的元素都各自分为A, B, C三类,在合并时更改根结点的种类,其他点相应更改偏移量。但这种方法公式很难推,特别是偏移量很容易计算错误。 下面来介绍一种通用且易于理解的方法: 首先,集合里的每个点我们都记录它与它这个集合(或者称为子树)的根结点的相对关系relation。0表示它与根结点为同类,1表示它吃根结点,2表示它被根结点吃。 那么判断两个点a, b的关系,我们令p = Find(a), q = Find(b),即p, q分别为a, b子树的根结点。 1. 如果p != q,说明a, b暂时没有关系,那么关于他们的判断都是正确的,然后合并这两个子树。这里是关键,如何合并两个子树使得合并后的新树能保证正确呢?这里我们规定只能p合并到q(刚才说过了,启发式合并的优化效果并不那么明显,如果我们用启发式合并,就要推出两个式子,而这个推式子是件比较累的活…所以一般我们都规定一个子树合到另一个子树)。那么合并后,p的relation肯定要改变,那么改成多少呢?这里的方法就是找规律,列出部分可能的情况,就差不多能推出式子了(对于任给的一个模型,如何快速推出式子?看一看这个博客里另一篇向量的思维模式吧~~~)。这里式子为 : tree[p].relation = (tree[b].relation – tree[a].relation + 2 + d) % 3; 这里的d为判断语句中a, b的关系。还有个问题,我们是否需要遍历整个a子树并更新每个结点的状态呢?答案是不需要的,因为我们可以在Find()函数稍微修改,即结点x继承它的父亲(注意是前父亲,因为路径压缩后父亲就会改变),即它会继承到p结点的改变,所以我们不需要每个都遍历过去更新。 2. 如果p = q,说明a, b之前已经有关系了。那么我们就判断语句是否是对的,同样找规律推出式子。即if ( (tree[b].relation + d + 2) % 3 != tree[a].relation ), 那么这句话就是错误的。 3. 再对Find()函数进行些修改,即在路径压缩前纪录前父亲是谁,然后路径压缩后,更新该点的状态(通过继承前父亲的状态,这时候前父亲的状态是已经更新的)。 核心的两个函数为: int Find(int x)
           {
              int temp_p;
              if (tree[x].parent != x)
              {
                  // 因为路径压缩,该结点的与根结点的关系要更新(因为前面合并时可能还没来得及更新).
                  temp_p = tree[x].parent;
                  tree[x].parent = Find(tree[x].parent);
                  // x与根结点的关系更新(因为根结点变了),此时的temp_p为它原来子树的根结点.
                  tree[x].relation = (tree[x].relation + tree[temp_p].relation) % 3;
              }
              return tree[x].parent;
           }
           void Merge(int a, int b, int p, int q, int d)
           {
              // 公式是找规律推出来的.
              tree[p].parent = q; // 这里的下标相同,都是tree[p].
              tree[p].relation = (tree[b].relation – tree[a].relation + 2 + d) % 3;
           }
    而这种纪录与根结点关系的方法,适用于几乎所有的并查集判断关系(至少我现在没遇到过不适用的情况…可能是自己做的还太少了…),所以向大家强烈推荐~~ 搞定了食物链这题,基本POJ上大部分基础并查集题目就可以顺秒了,这里仅列个题目编号: POJ 1308 1611 1703 1988 2236 2492 2524。
    我对向量思维的理解(结合本题)
    有两种方法: 一:用的3倍数组,1~n是自己,n+1~2n是吃域,2n+1~3n是被吃域。然后x,y同类就x,y并起来,x+n,y+n并,x+2n,y+2n并,否则就和对方的吃域被吃域乱七八糟的并一并,然后Find时就找是在吃域里还是被吃域里。。。。。。 二:带相对偏移量的并查集: 用一个并查集表示两个元素有没有关系,然后在并查集里设置一个附属的相对偏移量,0表示和根节点同类,1表示吃根节点,2表示被根节点吃。         向量的思维模式: > 什么叫做向量的思维模式? > Orz Orz 我的理解是,对于集合里的任意两个元素a,b而言,它们之间必定存在着某种联系,因为并查集中的元素均是有联系的,否则也不会被合并到当前集合中。那么我们就把这2个元素之间的关系量转化为一个偏移量,以食物链的关系而言,不妨假设 a->b 偏移量0时 a和b同类 a->b 偏移量1时 a吃b a->b 偏移量2时 a被b吃,也就是b吃a 有了这些基础,我们就可以在并查集中完成任意两个元素之间的关系转换了。 不妨继续假设,a的当前集合根节点aa,b的当前集合根节点bb,a->b的偏移值为d-1(题中给出的询问已知条件) (1)如果aa和bb不相同,那么我们把bb合并到aa上,并且更新delta[bb]值(delta[i]表示i的当前集合根节点到i的偏移量) 此时 aa->bb = aa->a + a->b + b->bb,可能这一步就是所谓向量思维模式吧 上式进一步转化为:aa->bb = (delta[a]+d-1+3-delta[b])%3 = delta[bb],(模3是保证偏移量取值始终在[0,2]间) (2)如果aa和bb相同,那么我们就验证a->b之间的偏移量是否与题中给出的d-1一致 此时 a->b = a->aa + aa->b = a->aa + bb->b, 上式进一步转化为:a->b = (3-delta[a]+delta[b])%3, 若一致则为真,否则为假。
      ♠POJ 1703 Find them, Catch them
    思路: 和食物链那道题很像。只不过这里只有两个相对种类偏移量:0表示和根节点同帮派,1表示和根节点异帮派。 然后根据向量思维退出并查集中改变关系的式子: 1. aa->bb=aa->a+a->b+b->bb 在Union中:elem[y].relation=(elem[a].relation+1+elem[b].relation)%2; 2. aa->b=aa->bb+bb->b 在Find路径压缩时:elem[x].relation=(elem[elem[x].parent].relation+elem[x].relation)%2; 3.同理,判断时:1 or 0==a->b=a->aa+aa->b   ♦拓展并查集     (未完待续。。。)  
    其他待做并查集题目:   POJ-1308 用并查集来判断一棵树。。注意空树也是树,死人也是人。 POJ-1611 裸地水并查集 POJ-1988 看上去似乎和种类并查集无关,但其实仔细想想,就是种类并查集。。。 只不过是种类数目无穷大,通过合并,可以确定两个物品之间的种类差(即高度差) POJ-2236 裸地并查集,小加一点计算几何 POJ-2492 裸地种类并查集 POJ-1456 常规思想是贪心+堆优化,用并查集确实很奇妙。。。下面的文章中有详细介绍。 POJ-1733 种类并查集,先要离散化一下,不影响结果。。。 HDU-3038 上一道题的扩展,也是种类并查集,种类无穷大。。。。 POJ-1417 种类并查集,然后需要背包原理来判断是否能唯一确定“好人”那一堆 POJ-2912 ZOJ-3261 逆向使用并查集就可以了。。。 POJ-1861  POJ-2560 Kruskal并查集  
    举杯独醉,饮罢飞雪,茫然又一年岁。 ------AbandonZHANG
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