c++ 数据结构-并查集、ST表 小总结

之前学习了一些并查集,ST表的知识点,在此做一个小总结。

并查集

并查集是一种树型的数据结构,用于处理一些不相交集合的合并及查询问题。它支持两种主要操作:

  1. 查找:确定某个元素属于哪个子集。
  2. 合并:将两个子集合并成一个集合。

最开始时,我们需要定义一个父亲节点数组,而每一个节点最开始时的父亲节点都是他本身,每个元素都是一个独立的集合。

在合并两个集合时,只需要将其中一个集合的祖宗节点(也就是父亲节点是它本身的节点)的父亲节点设置为另外一个集合的祖宗节点即可。

当然,如果只是这样的话 ,那每一次寻找祖宗节点也较为耗费时间。我们可以进行路径压缩。在查找过程中,将查找路径上的所有节点直接指向根节点,以便于减少后续查找时间。

以下是查找+路径压缩的示例代码:

cpp 复制代码
int find(int x){
    if(f[x]==x)return x;
    return f[x]=find(f[x]);
}

以下是合并的示例代码:

cpp 复制代码
void merge(int x,int y){
    int fx=find(x),fy=find(y);
    f[fx]=fy;
    return;
}

ST表

ST表(Sparse Table)是一种用于解决可重复贡献问题的数据结构,主要用于高效处理区间查询问题,特别是静态数据上的范围最值查询和符合结合律、幂等律的问题(如求区间gcd)等。

ST表基于动态规划和二进制拆分的思想,通过预处理建立一个二维数组:

  • 预处理 :构建一个二维数组st[i][j],表示从位置i开始,长度为2^j的区间内的信息(最小值/最大值等)
  • 查询 :对于任意区间[l,r],可以将其拆分为两个重叠的2^k长度区间,通过这两个区间信息的组合得到查询结果

预处理时,需要以下几个步骤:

  1. 初始化st[i][0] = arr[i](每个长度为1的区间就是元素本身)

  2. 递推填充 :对于每个j从1到log2(n),计算st[i][j]

    st[i][j] = f(st[i][j-1], st[i+(1<<(j-1))][j-1]);

    其中f是所求的函数(如min、max等)

查询时,对于查询区间[l,r]

  1. 计算k = ceil(log2(r - l + 1));
  2. 查询:f(st[l][k], st[r-(1<<k)+1][k];

如果大家有其他想法的,可以补充。

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