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2023-10-21
数据结构与算法
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并查集(Union-Find),又称不相交集合数据结构,是一种用于处理集合合并和查询问题的数据结构。它通常用于解决元素之间的分组问题,如连通分量问题、集合划分等。

并查集主要支持两种操作:

  1. Union(合并):将两个不相交的集合合并成一个集合。
  2. Find(查询):确定元素属于哪个集合,或者找到某个集合的代表元素。

通常情况下,并查集包括以下几个基本操作和概念:

  • 初始化:初始化并查集,通常将每个元素视为一个独立的集合,即每个元素是其自身的代表。

  • Find 操作:用于查找元素所属的集合,通常通过沿着父节点链向上查找,直到找到代表元素(根节点)。这个操作通常包括路径压缩,即将路径上的每个节点都直接连接到根节点,以优化查询操作的性能。

  • Union 操作:用于合并两个不相交的集合,通常通过将其中一个集合的根节点指向另一个集合的根节点,或者将其中一个根节点连接到另一个根节点。

在实际应用中,你可以使用一个数组或向量来表示并查集的元素,其中数组的索引表示元素,数组的值表示该元素的父节点。初始状态下,每个元素的父节点是自身。

应用场景: 并查集主要用于解决元素的分组问题,例如:

  1. 连通分量问题:在图论中,用于查找图中的连通分量,即图中的不相交子图。
  2. 集合划分问题:将一个元素集合分为若干个不相交的子集。
  3. Kruskal 算法:用于构建最小生成树。
  4. 网络连接问题:查找网络中的连接关系。
  5. 解决运算的等价关系:如解决数学等价关系问题。
  6. 分组问题:将元素分为不相交的组。

基本思想: 并查集的基本思想是用树结构表示集合,每个树的根节点表示集合的代表元素。合并操作即将两个树合并成一个,查询操作即查找元素所在的集合根节点。路径压缩是一种优化方法,通过将查找路径上的每个节点直接连接到根节点,可以显著提高查询操作的效率。

并查集是一种高效且容易实现的数据结构,适用于解决多种实际问题中的分组和连接关系问题。 P3367

cpp
#include <iostream> #include <vector> using namespace std; vector<int> parent; // Parent array for Union-Find // Initialize the Union-Find data structure with n elements void initialize(int n) { parent.resize(n); for (int i = 0; i < n; i++) { parent[i] = i; // Each element is initially its own parent } } // Find the root (representative) of the set to which element x belongs int find(int x) { if (x == parent[x]) { return x; // x is the root of its set } return parent[x] = find(parent[x]); // Path compression for optimization } // Union (merge) the sets to which elements x and y belong void unite(int x, int y) { x = find(x); // Find the root of x's set y = find(y); // Find the root of y's set if (x != y) { parent[x] = y; // Make one of them the parent of the other } } int main() { int n, m; cin >> n >> m; initialize(n); // Initialize Union-Find with n elements while (m--) { int op, x, y; cin >> op >> x >> y; if (op == 1) { unite(x - 1, y - 1); // Adjust for 0-based indexing } else if (op == 2) { int root_x = find(x - 1); int root_y = find(y - 1); if (root_x == root_y) { cout << "Y" << endl; } else { cout << "N" << endl; } } } return 0; }

本文作者:yowayimono

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