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  • 并查集模板 果枫

        并查集学习:下面附模板代码

    l         并查集:(union-find sets)

    一种简单的用途广泛的集合. 并查集是若干个不相交集合,能够实现较快的合并和判断元素所在集合的操作,应用很多,如其求无向图的连通分量个数等。最完美的应用当属:实现Kruskar算法求最小生成树。

    l         并查集的精髓(即它的三种操作,结合实现代码模板进行理解):

    1、Make_Set(x) 把每一个元素初始化为一个集合

    初始化后每一个元素的父亲节点是它本身,每一个元素的祖先节点也是它本身(也可以根据情况而变)。

    2、Find_Set(x) 查找一个元素所在的集合

    查找一个元素所在的集合,其精髓是找到这个元素所在集合的祖先!这个才是并查集判断和合并的最终依据。
    判断两个元素是否属于同一集合,只要看他们所在集合的祖先是否相同即可。
    合并两个集合,也是使一个集合的祖先成为另一个集合的祖先,具体见示意图

    3、Union(x,y) 合并x,y所在的两个集合

    合并两个不相交集合操作很简单:
    利用Find_Set找到其中两个集合的祖先,将一个集合的祖先指向另一个集合的祖先。如图

    l         并查集的优化

    1、Find_Set(x)时 路径压缩
    寻找祖先时我们一般采用递归查找,但是当元素很多亦或是整棵树变为一条链时,每次Find_Set(x)都是O(n)的复杂度,有没有办法减小这个复杂度呢?
    答案是肯定的,这就是路径压缩,即当我们经过"递推"找到祖先节点后,"回溯"的时候顺便将它的子孙节点都直接指向祖先,这样以后再次Find_Set(x)时复杂度就变成O(1)了,如下图所示;可见,路径压缩方便了以后的查找。

    2、Union(x,y)时 按秩合并
    即合并的时候将元素少的集合合并到元素多的集合中,这样合并之后树的高度会相对较小。

    //每一个集合都是一棵树,集合的元素则为树的节点,每棵树都有一个独一无二的标志,那、、//就是树的根节点

    //一般的标志是自己本身的下标 或者 为-1

    int father[MAX];  //father[x]表示x的父节点

    int sign[MAX];    //sign[x] 用来记录查找根节点时,途中所路过的节点,压缩路径的时候用到

    int rank[MAX]     //rank[x]  表示x节点所在树的深度

    //初始化集合

    void Make_Set(int x)

    {

             father[x] = x;    //初始化一开始每个节点的父节点都为本身

             rank[x] = 0;      //初始化一开始每棵树的深度为

    }

    // 寻找x元素所在的集合也就是找子节点的根节点(树,若采用递归查找,回溯时压缩路径

    int Find_Set(int x)

    {

             if(father[x] != x)

             {

                      father[x] = Find_Set(father[x]); //这是一个递归的过程,回溯时压缩路径

             }

             return father[x];

    }

            

    void Union(int x,int y)    //合并两个不相交的集合,x,y分别为两个不同的集合

    {

             x = Find_Set(x);

             y = Find_Set(y);

             if(x == y)  return ;    //若为同一集合,则直接返回

             if(rank[x] > rank[y])   //如果x树的深度比y树深,y树接到x树

             {

                      father[y] = x;

             }

             else if(rank[x] < rank[y])

             {

                      father[x] = y;

             }

             else if(rank[x] ==rank[y])  //若两树的深度一样

             {

                      father[x] = y;           //则x树接到y树

                      rank[y]++;              //此时y树的深度+1

             }

    }

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