并查集

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并查集:(union-find sets)

一種簡單的用途廣泛的集合. 并查集是若干個不相交集合,能夠實現較快的合并和判斷元素所在集合的操作,應用很多,如其求無向圖的連通分量個數等。最完美的應用當屬:實現Kruskar算法求最小生成樹。

并查集的精髓:

Make_Set(x) :把每一個元素初始化為一個集合

初始化后每一個元素的父親節點是它本身,每一個元素的祖先節點也是它本身。

int father[MAX];   /* father[x]表示x的父節點*/
int rank[MAX];     /* rank[x]表示x的秩*/

/* 初始化集合*/
void Make_Set(int x){
    father[x] = x; //根據實際情況指定的父節點可變化
    rank[x] = 0;   //根據實際情況初始化秩也有所變化
}
Find_Set(x){ 查找一個元素所在的集合

查找一個元素所在的集合,其精髓是找到這個元素所在集合的祖先!這個才是并查集判斷和合并的最終依據。判斷兩個元素是否屬于同一集合,只要看他們所在集合的祖先是否相同即可。合并兩個集合,也是使一個集合的祖先成為另一個集合的祖先.
Find_Set(x)時路徑壓縮尋找祖先時我們一般采用遞歸查找,但是當元素很多亦或是整棵樹變為一條鏈時,每次Find_Set(x)都是O(n)的復雜度,有沒有辦法減小這個復雜度呢?答案是肯定的,這就是路徑壓縮,即當我們經過"遞推"找到祖先節點后,"回溯"的時候順便將它的子孫節點都直接指向祖先,這樣以后再次Find_Set(x)時復雜度就變成O(1)了,如下圖所示;可見,路徑壓縮方便了以后的查找

Union(x,y) 合并x,y所在的兩個集合

合并兩個不相交集合操作很簡單:利用Find_Set找到其中兩個集合的祖先,將一個集合的祖先指向另一個集合的祖先。
Union(x,y)時 按秩合并即合并的時候將元素少的集合合并到元素多的集合中,這樣合并之后樹的高度會相對較小。

/* 查找x元素所在的集合,回溯時壓縮路徑*/
int Find_Set(int x)
{
   if (x != father[x])
   {
       father[x] = Find_Set(father[x]); //這個回溯時的壓縮路徑是精華
   }
   return father[x];
}


/* 
  按秩合并x,y所在的集合
  下面的那個if else結構不是絕對的,具體根據情況變化
  但是,宗旨是不變的即,按秩合并,實時更新秩。
*/
void Union(int x, int y)
{
   x = Find_Set(x);
   y = Find_Set(y);
   if (x == y) return;
   if (rank[x] > rank[y]) 
   {
       father[y] = x;
   }
   else
   {
       if (rank[x] == rank[y])
       {
           rank[y]++;
       }
       father[x] = y;
   }
}

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