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并查集的学习

2013年10月04日 ⁄ 综合 ⁄ 共 1545字 ⁄ 字号 评论关闭

这两天学习了下并查集。总结一下吧。。

  并查集学习:

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。


主要实现代码:

1int father[MAX];   /* father[x]表示x的父节点*/
 2int rank[MAX];     /* rank[x]表示x的秩*/
 3
 4

 5/* 初始化集合*/

 6void Make_Set(int x)
 7
{
 8    father[x] = x; //根据实际情况指定的父节点可变化

 9    rank[x] = 0;   //根据实际情况初始化秩也有所变化
10}

11
12

13/* 查找x元素所在的集合,回溯时压缩路径*/

14int Find_Set(int x)
15
{
16    if (x !=
 father[x])
17    
{
18        father[x] = Find_Set(father[x]); //这个回溯时的压缩路径是精华

19    }

20    return father[x];
21}

22
23

24
/* 
25
   按秩合并x,y所在的集合
26
   下面的那个if else结构不是绝对的,具体根据情况变化
27
   但是,宗旨是不变的即,按秩合并,实时更新秩。
28*/

29void Union(int x, int y)
30
{
31    x =
 Find_Set(x);
32    y =
 Find_Set(y);
33    if (x == y) return
;
34    if (rank[x] >
 rank[y]) 
35    
{
36        father[y] =
 x;
37    }

38    else
39    {
40        if (rank[x] ==
 rank[y])
41        
{
42            rank[y]++
;
43        }

44        father[x] = y;
45    }

46}

47

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