先来看一个实例:
首先在地图上给你若干个城镇,这些城镇都可以看作点,然后告诉你哪些对城镇之间是有道路直接相连的。最后要解决的是整副图的连通性问题。
可能出现的问题:
- 随意给你两个点,让你判断它们是否连通?
- 或者问你整副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?
- 问再修多少条路,能让整个城镇连通起来,实质就是求有几个连通分支。如果是1个连通分支,说明正副图上的点都连接起来了,不用再修路了;如果是2个连通分支,则只要再修1条路,以此类推。
以上的问题,都是考察并查集的问题。
并查集
并查集(union-find),从名字就可以看出,主要涉及两种基本操作:合并和查找。这说明,初始时并查集中的元素是不相交的,经过一系列的基本操作(union),最终合并成一个大的集合。
并查集是一种不相交集合的数据结构。
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是查找这个元素所在集合的代表元素是什么,join是合并。
这样判断两个元素是否在同一个集合中也是很方便的,只要看find(x)和find(y)是否返回同一个代表元素即可。
find( )函数:
int find(int x) {
int r = x;
while (pre[r] != r)
r = pre[r];//找到该独立集合的代表结点
int i = x, j;
while (i != r) {//路径压缩
j = pre[i];
pre[i] = r;//将i的前导结点设置为r根结点,即将所有的叶子节点都连接到根节点上去.
i = j;
}
return r;
}
递归实现:(递归实现比较简单,但可能递归层次太深造成栈的溢出)
int find(int x) {
if (pre[a] != a)
pre[a] = find(pre[a]);
return pre[a];
}
join( )函数:
void join(int x, int y) {
int a = find(x);
int b = find(y);
if (a != b) {
pre[a] = b;
}
}
初始化:
for (int i = 0; i < n; ++i) {
pre[i] = i; //将每一个结点的前导点设置为自己
}
例题:
有n个点,m条边,输入n和m的值,接下来输入m条边分别是(a,b)连接的。求有多少个连通块。例如输入:
4 2
1 2
3 4
输出:2
#include <iostream>
using namespace std;
int pre[1000];
int find_recursively(int a) {
if (pre[a] != a)
pre[a] = find_recursively(pre[a]);
return pre[a];
}
int find(int a) {
int r = a;
while (pre[r] != r)
r = pre[r];
int i = a, j;
while (i != r) {
j = pre[i];
pre[i] = r;
i = j;
}
return r;
}
void join(int x, int y) {
int resx = find(x);
int resy = find(y);
if (resx != resy)
pre[resy] = resx;
}
int main() {
int N, M, a, b, i, res = 0;
cin >> N;
cin >> M;
for (i = 1; i <= N; ++i)
pre[i] = i;
for (i = 1; i <= M; ++i) {
cin >> a;
cin >> b;
join(a, b);
}
for (i = 1; i <= N; ++i){
if (pre[i] == i)
++res;
}
cout<<res<<endl;
return 0;
}