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并查集详解 (转)

时间:2016-07-16 00:09:07      阅读:451      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:

http://blog.csdn.net/dellaserss/article/details/7724401

我从CSDN转的文章,原文作者我也不懂是谁,文章写得真的是诙谐幽默,使得内容更容易理解了。

来看一个实例,杭电OJ 1232畅通工程

Problem Description
某省调查城镇交通状况,得到现有城镇道路统计表,表中列出了每条道路直接连通的城镇。省政府“畅通工程”的目标是使全省任何两个城镇间都可以实现交通(但不一定有直接的道路相连,只要互相间接通过道路可达即可)。问最少还需要建设多少条道路? 
Input
测试输入包含若干测试用例。每个测试用例的第1行给出两个正整数,分别是城镇数目N ( < 1000 )和道路数目M;随后的M行对应M条道路,每行给出一对正整数,分别是该条道路直接连通的两个城镇的编号。为简单起见,城镇从1到N编号。 
注意:两个城市之间可以有多条道路相通,也就是说
3 3
1 2
1 2
2 1
这种输入也是合法的
当N为0时,输入结束,该用例不被处理。 
Output
对每个测试用例,在1行里输出最少还需要建设的道路数目。 
Sample Input

4 2
1 3
4 3
3 3
1 2
1 3
2 3
5 2
1 2
3 5
999 0
0

Sample Output

1
0
2
998

嗯,复制了CSDN文章里面的代码,修改了数据类型提交检测通过了。

技术分享
 1 #include<iostream>  
 2 #include<stdio.h>
 3 #include<string.h>
 4 using namespace std;  
 5   
 6 int  pre[1050];  
 7 bool t[1050];               //t 用于标记独立块的根结点  
 8   
 9 int Find(int x)  
10 {  
11     int r=x;  
12     while(r!=pre[r])  
13         r=pre[r];  
14       
15     int i=x,j;  
16     while(pre[i]!=r)  
17     {  
18         j=pre[i];  
19         pre[i]=r;  
20         i=j;  
21     }  
22     return r;  
23 }  
24   
25 void mix(int x,int y)  
26 {  
27     int fx=Find(x),fy=Find(y);  
28     if(fx!=fy)  
29     {  
30         pre[fy]=fx;  
31     }  
32 }   
33   
34 int main()  
35 {  
36     long N,M,a,b,i,j,ans; 
37     while(scanf("%ld%ld",&N,&M)&&N)  
38     {  
39         for(i=1;i<=N;i++)          //初始化   
40             pre[i]=i;  
41           
42         for(i=1;i<=M;i++)          //吸收并整理数据   
43         {  
44             scanf("%ld%ld",&a,&b);  
45             mix(a,b);  
46         }  
47           
48           
49         memset(t,0,sizeof(t));  
50         for(i=1;i<=N;i++)          //标记根结点  
51         {  
52             t[Find(i)]=1;  
53         }  
54         for(ans=0,i=1;i<=N;i++)  
55             if(t[i])  
56                 ans++;  
57                   
58         printf("%ld\n",ans-1);  
59           
60     }  
61     return 0;  
62 }
AC代码

下面是CSDN上面原文对题目的分析以及关于并查集的描述:

题目的意思差不多可以这么描述:首先在地图上给你若干个城镇,这些城镇都可以看作点,然后告诉你哪些“城镇对”之间是有道路直接相连的。最后要解决的是整幅图的连通性问题。比如随意给你两个点,让你判断它们是否连通,或者问你整幅图一共有几个连通分支,也就是被分成了几个互相独立的块。像畅通工程这题,问还需要修几条路,实质就是求有几个连通分支。如果是1个连通分支,说明整幅图上的点都连起来了,不用再修路了;如果是2个连通分支,则只要再修1条路,从两个分支中各选一个点,把它们连起来,那么所有的点都是连起来的了;如果是3个连通分支,则只要再修两条路……

以下面这组数据输入数据来说明

4 2

1 3

4 3

第一行告诉你,一共有4个点,2条路。下面两行告诉你,1、3之间有条路,4、3之间有条路。那么整幅图就被分成了1-3-4和2两部分。只要再加一条路,把2和其他任意一个点连起来,畅通工程就实现了,那么这个这组数据的输出结果就是1。好了,现在编程实现这个功能吧,城镇有几百个,路有不知道多少条,而且可能有回路。 这可如何是好?

我以前也不会呀,自从用了并查集之后,嗨,效果还真好!我们全家都用它!

并查集由一个整数型的数组和两个函数构成。数组pre[]记录了每个点的前导点是什么,函数find是查找,join是合并。

 1 int pre[1000 ];
 2 int find(int x)                                  //查找根节点
 3 { 
 4     int r=x;
 5     while ( pre[r ] != r )                       //返回根节点 r
 6           r=pre[r ];
 7  
 8     int i=x , j ;
 9     while( i != r )                              //路径压缩
10     {
11          j = pre[ i ]; // 在改变上级之前用临时变量  j 记录下他的值 
12          pre[ i ]= r ; //把上级改为根节点
13          i=j;
14     }
15     return r ;
16 }
17  
18 
19 
20  //判断x y是否连通,如果已经连通,就不用管了 
21 如果不连通,就把它们所在的连通分支合并起,
22 void join(int x,int y) 
23 {
24     int fx=find(x),fy=find(y);
25     if(fx!=fy)
26         pre[fx ]=fy;
27 }
28  

为了解释并查集的原理,我将举一个更有爱的例子。 话说江湖上散落着各式各样的大侠,有上千个之多。他们没有什么正当职业,整天背着剑在外面走来走去,碰到和自己不是一路人的,就免不了要打一架。但大侠们有一个优点就是讲义气,绝对不打自己的朋友。而且他们信奉“朋友的朋友就是我的朋友”,只要是能通过朋友关系串联起来的,不管拐了多少个弯,都认为是自己人。这样一来,江湖上就形成了一个一个的群落,通过两两之间的朋友关系串联起来。而不在同一个群落的人,无论如何都无法通过朋友关系连起来,于是就可以放心往死了打。但是两个原本互不相识的人,如何判断是否属于一个朋友圈呢?

我们可以在每个朋友圈内推举出一个比较有名望的人,作为该圈子的代表人物,这样,每个圈子就可以这样命名“齐达内朋友之队”“罗纳尔多朋友之队”……两人只要互相对一下自己的队长是不是同一个人,就可以确定敌友关系了。

但是还有问题啊,大侠们只知道自己直接的朋友是谁,很多人压根就不认识队长,要判断自己的队长是谁,只能漫无目的的通过朋友的朋友关系问下去:“你是不是队长?你是不是队长?”这样一来,队长面子上挂不住了,而且效率太低,还有可能陷入无限循环中。于是队长下令,重新组队。队内所有人实行分等级制度,形成树状结构,我队长就是根节点,下面分别是二级队员、三级队员。每个人只要记住自己的上级是谁就行了。遇到判断敌友的时候,只要一层层向上问,直到最高层,就可以在短时间内确定队长是谁了。由于我们关心的只是两个人之间是否连通,至于他们是如何连通的,以及每个圈子内部的结构是怎样的,甚至队长是谁,并不重要。所以我们可以放任队长随意重新组队,只要不搞错敌友关系就好了。于是,门派产生了。

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下面我们来看并查集的实现。 int pre[1000]; 这个数组,记录了每个大侠的上级是谁。大侠们从1或者0开始编号(依据题意而定),pre[15]=3就表示15号大侠的上级是3号大侠。如果一个人的上级就是他自己,那说明他就是掌门人了,查找到此为止。也有孤家寡人自成一派的,比如欧阳锋,那么他的上级就是他自己。每个人都只认自己的上级。比如胡青牛同学只知道自己的上级是杨左使。张无忌是谁?不认识!要想知道自己的掌门是谁,只能一级级查上去。 find这个函数就是找掌门用的,意义再清楚不过了(路径压缩算法先不论,后面再说)。

1 int find(int x)              //查找我(x)的掌门
2 {
3     int r=x;                 //委托 r 去找掌门
4     while (pre[r ]!=r)       //如果r的上级不是r自己(也就是说找到的大侠他不是掌门 = =)
5     r=pre[r ] ;              // r 就接着找他的上级,直到找到掌门为止。
6     return  r ;              //掌门驾到~~~
7 }

再来看看join函数,就是在两个点之间连一条线,这样一来,原先它们所在的两个板块的所有点就都可以互通了。这在图上很好办,画条线就行了。但我们现在是用并查集来描述武林中的状况的,一共只有一个pre[]数组,该如何实现呢? 还是举江湖的例子,假设现在武林中的形势如图所示。虚竹小和尚与周芷若MM是我非常喜欢的两个人物,他们的终极boss分别是玄慈方丈和灭绝师太,那明显就是两个阵营了。我不希望他们互相打架,就对他俩说:“你们两位拉拉勾,做好朋友吧。”他们看在我的面子上,同意了。这一同意可非同小可,整个少林和峨眉派的人就不能打架了。这么重大的变化,可如何实现呀,要改动多少地方?其实非常简单,我对玄慈方丈说:“大师,麻烦你把你的上级改为灭绝师太吧。这样一来,两派原先的所有人员的终极boss都是师太,那还打个球啊!反正我们关心的只是连通性,门派内部的结构不要紧的。”玄慈一听肯定火大了:“我靠,凭什么是我变成她手下呀,怎么不反过来?我抗议!”抗议无效,上天安排的,最大。反正谁加入谁效果是一样的,我就随手指定了一个。这段函数的意思很明白了吧?

1 void join(int x,int y)                             //我想让虚竹和周芷若做朋友
2 {
3     int fx=find(x),fy=find(y);                     //虚竹的老大是玄慈,芷若MM的老大是灭绝
4     if(fx!=fy)                                     //玄慈和灭绝显然不是同一个人
5     pre[fx ]=fy;                                   //方丈只好委委屈屈地当了师太的手下啦
6 }

再来看看路径压缩算法。建立门派的过程是用join函数两个人两个人地连接起来的,谁当谁的手下完全随机。最后的树状结构会变成什么胎唇样,我也完全无法预计,一字长蛇阵也有可能。这样查找的效率就会比较低下。最理想的情况就是所有人的直接上级都是掌门,一共就两级结构,只要找一次就找到掌门了。哪怕不能完全做到,也最好尽量接近。这样就产生了路径压缩算法。 设想这样一个场景:两个互不相识的大侠碰面了,想知道能不能揍。 于是赶紧打电话问自己的上级:“你是不是掌门?” 上级说:“我不是呀,我的上级是谁谁谁,你问问他看看。” 一路问下去,原来两人的最终boss都是东厂曹公公。 “哎呀呀,原来是记己人,西礼西礼,在下三营六组白面葫芦娃!” “幸会幸会,在下九营十八组仙子狗尾巴花!” 两人高高兴兴地手拉手喝酒去了。 “等等等等,两位同学请留步,还有事情没完成呢!”我叫住他俩。 “哦,对了,还要做路径压缩。”两人醒悟。 白面葫芦娃打电话给他的上级六组长:“组长啊,我查过了,其习偶们的掌门是曹公公。不如偶们一起及接拜在曹公公手下吧,省得级别太低,以后查找掌门麻环。” “唔,有道理。” 白面葫芦娃接着打电话给刚才拜访过的三营长……仙子狗尾巴花也做了同样的事情。 这样,查询中所有涉及到的人物都聚集在曹公公的直接领导下。每次查询都做了优化处理,所以整个门派树的层数都会维持在比较低的水平上。路径压缩的代码,看得懂很好,看不懂也没关系,直接抄上用就行了。总之它所实现的功能就是这么个意思。

技术分享

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 1 #include<string.h>
 2 #include<stdio.h>
 3 int  pre[1050];  
 4 bool t[1050];               //t 用于标记独立块的根结点  
 5   
 6 int Find(int x)  
 7 {  
 8     int r=x;  
 9     while(r!=pre[r])  
10         r=pre[r];  
11       
12     int i=x,j;  
13     while(pre[i]!=r)  
14     {  
15         j=pre[i];  
16         pre[i]=r;  
17         i=j;  
18     }  
19     return r;  
20 }  
21   
22 void mix(int x,int y)  
23 {  
24     int fx=Find(x),fy=Find(y);  
25     if(fx!=fy)  
26     {  
27         pre[fy]=fx;  
28     }  
29 }   
30   
31 int main()  
32 {  
33     long N,M,a,b,i,j,ans; 
34     while(scanf("%ld%ld",&N,&M)&&N)  
35     {  
36         for(i=1;i<=N;i++)          //初始化,每一个节点一开始都是各自独立的   
37             pre[i]=i;  
38           
39         for(i=1;i<=M;i++)          //吸收并整理数据   
40         {  
41             scanf("%ld%ld",&a,&b);  
42             mix(a,b);  
43         }  
44           
45           
46         memset(t,0,sizeof(t));  
47         for(i=1;i<=N;i++)          //标记根结点(作为掌门(队长)的节点会被标记为1.比如编号i的节点做掌门,则t[i]=1)  
48         {  
49             t[Find(i)]=1;  
50         }  
51         for(ans=0,i=1;i<=N;i++)    //统计掌门(队长)的人数(就是队伍的数量) 
52             if(t[i])  
53                 ans++;  
54                   
55         printf("%ld\n",ans-1);  
56           
57     }  
58     return 0;  
59 }
再放一次AC代码,加一些简单的注释

以下为原文附的代码:(没测过对否,摘抄过来仅当做笔记吧)
回到开头提出的问题,我的代码如下:

技术分享
 1 #include int pre[1000 ];
 2 int find(int x)
 3 {
 4     int r=x;
 5    while (pre[r ]!=r)
 6    r=pre[r ];
 7    int i=x; int j;
 8    while(i!=r)
 9    {
10        j=pre[i ];
11        pre[i ]=r;
12        i=j;
13    }
14    return r;
15 }
16 int main()
17 {
18    int n,m,p1,p2,i,total,f1,f2;
19    while(scanf("%d",&n) && n)         //读入n,如果n为0,结束
20    {                                                    //刚开始的时候,有n个城镇,一条路都没有 //那么要修n-1条路才能把它们连起来
21        total=n-1;
22        //每个点互相独立,自成一个集合,从1编号到n //所以每个点的上级都是自己
23        for(i=1;i<=n;i++) { pre[i ]=i; }                //共有m条路
24        scanf("%d",&m); while(m--)
25        { //下面这段代码,其实就是join函数,只是稍作改动以适应题目要求
26            //每读入一条路,看它的端点p1,p2是否已经在一个连通分支里了
27            scanf("%d %d",&p1,&p2);
28            f1=find(p1);
29            f2=find(p2);
30                //如果是不连通的,那么把这两个分支连起来
31                //分支的总数就减少了1,还需建的路也就减了1
32            if(f1!=f2)
33             {
34                pre[f2 ]=f1;
35                total--;
36            }
37            //如果两点已经连通了,那么这条路只是在图上增加了一个环 //对连通性没有任何影响,无视掉
38        }
39 //最后输出还要修的路条数
40        printf("%d\n",total);
41    }
42    return 0;
43 }
44  
View Code

 

 

 

另外,有CSDN网友也对该文章做了更好的转载和论述,一并转载做记录了。

http://blog.csdn.net/stpeace/article/details/46506861

   假如已知有 n 个人和 m 对好友关系 (存于数字 r) 。 如果两个人是直接或间接的好友 (好友的好友的好友...) , 则认为他们属于同一个朋友圈,请写程序求出这 n 个人里一共有多少个朋友圈。 假如:n = 5 , m = 3 , r = {{1 , 2} , {2 , 3} , {4 , 5}},表示有 5 个人,1 和 2 是好友,2 和 3 是好友,4 和 5 是好友,则 1、2、3 属于一个朋友圈,4、5 属于另一个朋友圈,结果为 2 个朋友圈。

 其实, 这是个并查集的问题, 比较简单。 

  1 #include <iostream>  
  2 using namespace std;  
  3   
  4 #define N 1000  
  5 int leader[N + 1] = {0}; // 先搞一个充分大的数组  
  6   
  7 // 初始化  
  8 void setLeader()  
  9 {  
 10     int i = 1;  
 11     for(i = 1; i <= N; i++)  
 12     {  
 13         leader[i] = i; // 初始化时, 将自己初始化为自己的领导  
 14     }  
 15 }  
 16   
 17 // 查找领导, 看看究竟是谁(实际上, 还可以进行路径压缩优化)  
 18 int findLeader(int n)   
 19 {  
 20     int r = n;  
 21     while(leader[r] != r)  
 22     {  
 23         r = leader[r]; // 没找到的话, 一直往上找  
 24     }  
 25   
 26     return r;  
 27 }  
 28   
 29 // 将两个领导带领的团队融合, 从此, leaderX和leaderY建立了新的统一战线, 是一个大家庭团队了  
 30 void uniteSet(int leaderX, int leaderY)  
 31 {  
 32     leader[leaderX] = leaderY;  // leader[leaderY] = leaderX;  
 33 }  
 34   
 35 // 输入数组, 每一行表示一个集合关系, 比如第一行表示3和4属于一个集合团队  
 36 int input[] =   
 37 {  
 38     3, 4,  
 39     4, 2,  
 40     7, 6,   
 41     5, 1,  
 42     3, 9,  
 43     11, 8,  
 44     6, 10,  
 45     9, 13,  
 46     11, 12,  
 47 };  
 48   
 49 // 测试数组, 测试每行的两个整数是否属于同一个大的家庭团队  
 50 int test[] =  
 51 {  
 52     3, 2,  
 53     9, 4,  
 54     7, 10,  
 55     6, 7,  
 56     13, 4,  
 57     8, 12,  
 58   
 59     6, 9,  
 60     4, 7,  
 61     11, 10,  
 62     1, 2,  
 63     12, 13,  
 64     7, 13,  
 65 };  
 66   
 67   
 68 int main()  
 69 {  
 70     int numberOfSets = 13; // 总共有13个元素, 即1, 2, 3, 4, ...., 13  
 71   
 72     // 初始化领导  
 73     setLeader();  
 74   
 75     int i = 0;  
 76     int j = 0;  
 77     int n = sizeof(input) / sizeof(input[0]) / 2;  
 78     for(j = 0; j < n; j++)  
 79     {  
 80         int u = input[i++];  
 81         int v = input[i++];  
 82           
 83         // 找领导  
 84         u = findLeader(u);  
 85         v = findLeader(v);  
 86   
 87         // 领导不相等, 则融合着两个团队, 合二为一  
 88         if(u != v)  
 89         {  
 90             uniteSet(u, v);  
 91             numberOfSets--;  
 92         }  
 93     }  
 94   
 95     i = 0;  
 96     n = sizeof(test) / sizeof(test[0]) / 2;  
 97     for(j = 0; j < n; j++)  
 98     {  
 99         int u = test[i++];  
100         int v = test[i++];  
101           
102         // 找领导  
103         u = findLeader(u);  
104         v = findLeader(v);  
105   
106         // 如果领导不相同, 则不属于一个团队; 如果两个领导相同, 则肯定属于一个团队  
107         if(u != v)  
108         {  
109             cout << "NO" << endl;  
110         }  
111         else  
112         {  
113             cout << "YES" << endl;  
114         }  
115     }  
116   
117   
118     // 其实, 经合并后, 最后的集合是4个:  
119     // {3, 4, 2, 9, 13}, {7, 6, 10,}, {5, 1}, {11, 8, 12}  
120     cout << numberOfSets << endl;  
121   
122     return 0;  
123 }  

   结果为:

 

YES
YES
YES
YES
YES
YES
NO
NO
NO
NO
NO
NO
4

 其实, 并查集很简单, 无非就是查查并并的操作。 不过, 并查集的思想, 确实很优秀。 

 

并查集详解 (转)

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原文地址:http://www.cnblogs.com/huashanqingzhu/p/5674878.html

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