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  • 浅谈 并查集

    作者:曾经呢,我还是个蒟蒻现在也是,一不小心翻到了这个好像很高级的东西。于是,就学了。。。

    并查集

    首先,谁能告诉我这是个啥??
    语文老师说,有个古文里的词不会的时候,可以尝试拆开组词。我们类比一下这个方法,并查集其实就是可以完成合并,查找操作的集合嘛。
    Emmmm……没懂?好叭,我去问问度娘。。。我是原文

    基本概念:

    并查集(set),在一些有N个元素的集合应用问题中,我们通常是在开始时让每个元素构成一个单元素的集合,然后按一定顺序将属于同一组的元素所在的集合合并,其间要反复查找一个元素在哪个集合中。这一类问题近几年来反复出现在信息学的国际国内赛题中,其特点是看似并不复杂,但数据量极大,若用正常的数据结构来描述的话,往往在空间上过大,计算机无法承受;即使在空间上勉强通过,运行的时间复杂度也极高,根本就不可能在比赛规定的运行时间(1~3秒)内计算出试题需要的结果,只能用并查集来描述。


    好像有点懂了,蒟蒻又抛出了另一个问题,它有什么用呢??

    • 刚刚都说了嘛,它可以很方便的合并两个不相交的区间,并快速的查找两个点是否在同一个集合中。

    并查集思想及实现

    我先附一个我级其喜欢的博客,它让我对并查集有了一个很棒的认识

    都看金庸老先生的武侠叭,每个大侠要么自立门派,要么都会有一个掌门。并且尊崇“掌门的掌门就是掌门什么玩意儿”这一理论。那么我们其实就可以把并查集看作一个模拟的江湖,刚一开始张无忌,郭靖,令狐冲,段誉几人闯荡江湖,每个人都自立门户(及他们的掌门就是自己)。而有一天,郭靖突然打败了张无忌,就这样郭靖成为了张无忌派的掌门。而另一边令狐冲推举段誉做了老大。华山论剑之后,段誉派完胜郭靖派,于是郭靖派的掌门也变成了段誉。。。就这样,江湖大统一,但这和并查集有什么关系呢??

    我们按照OIER的思路将上面这个故事分离出来,刚开始有N个结点,(可以看作树形数据结构),它们的父亲结点都指向自己。

    void Make_Set(int n) {    
    	for(int i = 1; i <= n; i++)         
    		fa[i] = i;    
    	return ;
    }
    

    当两个结点所在集合要合并的时候,我们只需要找到这一个结点的父亲结点,然后将其这一个的父亲结点指向另一个的父亲结点,就可以完成合并了。
    但是呢,我们还面临着一个问题,有些时候,一个父亲结点不仅仅有子结点,可能还有“孙结点”。我们为了方便,在这里将辈分最大的叫做根。而以上的合并方法,即可改为找到一个结点的根,然后将这个根的父亲指向另一个结点的根,是不是很神奇??

    思路大概就是这样,后面两个操作也不算很难。。。
    查找根,可以很容易用递归写出来

    int Find_Set(int s) {
    	if(fa[s] != s) return fa[s] = Find_Set(fa[s]);
    	else return fa[s];
    }
    

    合并嘛,按照思路模拟即可

    void Union_Set(int s, int e) { 
    	int u = Find_Set(s);
    	int v = Find_Set(e);
    	if(u != v) fa[v] = u;
    	return ;
    }
    

    看了某大佬给的评论,我在这里拓展一种合并方法
    并查集其实就是一种树型结构,而树有它的深度,利用这种特性就有了:
    按秩合并(启发式合并)。

    如果我们把一棵深度大的树的根节点接在了一棵高度小的树上,那么整棵树的深度为那一棵深度大的树的深度+1,如果我们把一棵深度小的树的根节点接在了一棵深度大的树上,则整棵树的深度为深度小的树的深度+1和深度大的树的深度的最大值。这就是启发式合并的原理。实现起来也不算难,我们只需要在维护父亲结点的同时,维护一个深度 rank,再让 rank 高的在上,就像是维护了一棵树。当然这种方法还需要在初始化的时候,将每一个结点的高度置为0(在Make_Set中进行操作)

    void Union_Set(int s, int e) { 
    	int u = Find_Set(s);
    	int v = Find_Set(e);
    	if(u == v) return ;
    	if(rank[u] > rank[v]) fa[v] = u;
    	else if(rank[u] < rank[v]) fa[u] = v;
    	else {
            fa[v] = u;
            if(rank[u] == rank[v]) rank[u]++;
        }
    }
    

    关于并查集就先到这里,希望大佬们可以提点建议,接下来我们来做一道板题


    题目详解

    A.亲戚

    题目描述

    或许你并不知道,你的某个朋友是你的亲戚。他可能是你的曾祖父的外公的女婿的外甥女的表姐的孙子。如果能得到完整的家谱,判断两个人是否是亲戚应该是可行的,但如果两个人的最近公共祖先与他们相隔好几代,使得家谱十分庞大,那么检验亲戚关系实非人力所能及。在这种情况下,最好的帮手就是计算机。为了将问题简化,你将得到一些亲戚关系的信息,如Marry和Tom是亲戚,Tom和Ben是亲戚,等等。从这些信息中,你可以推出Marry和Ben是亲戚。请写一个程序,对于我们的关于亲戚关系的提问,以最快的速度给出答案。

    • 输入格式输入由两部分组成。第一部分以N,M开始。N为问题涉及的人的个数(1≤N≤20000)。这些人的编号为1,2,3,…, N。下面有M行(1≤M≤1000000),每行有两个数ai,bi,表示已知ai和bi是亲戚。第二部分以Q开始。以下Q行有Q个询问(1≤ Q ≤1000000),每行为ci,di,表示询问ci和di是否为亲戚。
    • 输出格式对于每个询问ci,di,输出一行:若ci和di为亲戚,则输出“Yes”,否则输出“No”。

    样例输入:

    10 7    
    2 4    
    5 7    
    1 3   
    8 9    
    1 2    
    5 6    
    2 3    
    3    
    3 4    
    7 10    
    8 9
    

    样例输出:

    Yes    
    No    
    Yes
    

    分析:

    都说了是板子题嘛,当每次输入了两个人的时候,就把他俩利用Union_Set进行合并

    #include <bits/stdc++.h>  
    using namespace std;
    const int MAXN = 20005;
    int fa[MAXN];
    void Make_Set(int n) { // 初始化 
    	for(int i = 1; i <= n; i++) fa[i] = i; // 把父亲指向自己 
    }
    int Find_Set(int s) { // 查找根节点 
    	if(fa[s] != s) return fa[s] = Find_Set(fa[s]);
    	else return fa[s];
    }
    void Union_Set(int x, int y) { // 合并 
    	int u = Find_Set(x);
    	int v = Find_Set(y);
    	if(u != v) fa[v] = u; // 如果不在一个集合中则合并 
    	return ;
    }
    int main() {
    	int n, m, x, y, p;
    	scanf ("%d %d", &n, &m);
    	Make_Set(n);
    	for(int i = 1; i <= m; i++) {
    		scanf ("%d %d", &x, &y);
    		Union_Set (x, y); // 合并操作 
    	}
    	scanf("%d", &p);
    	for(int i = 1; i <= p; i++) {
    		scanf ("%d %d", &x, &y);  
    		if(Find_Set(x) == Find_Set(y)) printf("Yes
    "); // 查询 
    		else printf("No
    "); 
    	}
    	return 0;
    }
    
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