学了算法,还不会并查集吗?

目录

[1. 什么是并查集?](#1. 什么是并查集? "#1.%20%E4%BB%80%E4%B9%88%E6%98%AF%E5%B9%B6%E6%9F%A5%E9%9B%86%EF%BC%9F")

[2. 并查集的基本操作](#2. 并查集的基本操作 "#2.%20%E5%B9%B6%E6%9F%A5%E9%9B%86%E7%9A%84%E5%9F%BA%E6%9C%AC%E6%93%8D%E4%BD%9C")

[2.1 初始化](#2.1 初始化 "#2.1%20%E5%88%9D%E5%A7%8B%E5%8C%96")

[2.2 合并](#2.2 合并 "#2.2%20%E5%90%88%E5%B9%B6")

[2.3 查找](#2.3 查找 "#%C2%A02.3%20%E6%9F%A5%E6%89%BE")

[3. 基础代码](#3. 基础代码 "#%C2%A03.%20%E5%9F%BA%E7%A1%80%E4%BB%A3%E7%A0%81")

[4. 合并优化](#4. 合并优化 "#4.%20%E5%90%88%E5%B9%B6%E4%BC%98%E5%8C%96")

[5. 最终代码](#5. 最终代码 "#5.%20%E6%9C%80%E7%BB%88%E4%BB%A3%E7%A0%81")


1. 什么是并查集?

并查集是一种数据结构(数据结构相信大家都知道吧)

他能干什么呢?

并查集主要是用于处理一些不相交集合的合并问题

那么什么叫不相交集合呢?

举例:

比如一个城市有n个人,1号和3号是朋友,属于一个帮派的,5号和3号也是朋友,8号和9号是朋友,这个时候随便问你两个人,判断他们是否属于一个帮派(相互认识)

如果我们使用暴力的方式去判断的话,我们需要将互相认识的人保存在不同的帮派里面,然后对任意两个人查看是否处于同一个集合里面,最坏情况达到了0(n²)

这是非常不友好的,对于n = 1e6来说

那么,这个时候,我们就需要用到并查集这种数据结构了,可以使代码低于O(logn)

2. 并查集的基本操作

2.1 初始化

我们定义数组: , 代表是i元素所属的并查集(集合)

如下映射关系:

每个元素最开始的并查集(集合)都是自己

2.2 合并

现在,1和2是朋友关系,他们应该属于同一个集合:

1和3也是朋友:

相当于1,2,3其实都是朋友关系,他们理应属于同一个帮派(集合)

为了更简单处理这种合并关系,我们直接将集合2合并到集合3 上,因为集合2里面包括了1和2

所以我们可以这样来表示这个集合数组:

大概意思就是:1的父亲是2,2的父亲是3,3的父亲是自己,这样就表示了一个集合(可以通过递归的形式,不断找自己的父亲,直到当前元素=自己的父亲,代表集合结束)

2.3 查找

不断递归查找自己的父亲元素,判断两个元素是否处于一个集合的条件:看两个的父亲元素是否相同

如果全都是一个父亲,那么查找的时候就非常耗时,需要进行O(N)次查找

后面会考虑使用路径压缩,来优化查找的时间复杂度

3. 基础代码

可以对照着这道题来:

蓝桥幼儿园

python 复制代码
import os
import sys

# 请在此输入您的代码

n, m = map(int, input().split())

s = list(range(n + 1))   # 初始化1-n

# 找自己的根节点(集合)
def find_root(x):
    if x == s[x]: return x
    return find_root(s[x])


# 合并a,b集合
def merge_set(a, b):
    roota = find_root(a)
    rootb = find_root(b)
    s[roota] = rootb  


for i in range(m):
    op, x, y = map(int, input().split())
    if op == 1:
        merge_set(x, y)
    else:
        if find_root(x) == find_root(y):
            print("YES")
        else:
            print("NO")

4. 合并优化

当然,上面的代码其实无法通过全部案例

我们可以思考一下,在我们进行查询合并的时候,我们需要不断递归查找根节点,这大概就是O(N)的时间复杂度了

所以我们需要路径压缩的优化:

路径压缩:其实就是简化查询根节点,我们可以每次进行搜索的时候,就将当前节点的父节点一直更改为父节点的父节点,最后的效果就是,每个集合元素的父节点就是根节点

通过路径压缩,我们可以O(1)的时间复杂度就可以求出集合的根节点啦

5. 最终代码

其实只需要更改find_root()代码的两行就可以了

python 复制代码
import os
import sys

# 请在此输入您的代码

n, m = map(int, input().split())

s = list(range(n + 1))   # 初始化1-n

# 找自己的根节点(集合)
def find_root(x):
    if x == s[x]: return x
    s[x] = find_root(s[x])   # 路径压缩代码,不断将自己的父节点更改为父亲的父亲...
    return s[x]


# 合并a,b集合
def merge_set(a, b):
    roota = find_root(a)
    rootb = find_root(b)
    s[roota] = rootb  


for i in range(m):
    op, x, y = map(int, input().split())
    if op == 1:
        merge_set(x, y)
    else:
        if find_root(x) == find_root(y):
            print("YES")
        else:
            print("NO")

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