并查集

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??話說江湖上散落著各式各樣的大俠,有上千個之多。他們沒有什么正當職業(yè),整天背著劍在外面走來走去,碰到和自己不是一路人的,就免不了要打一架。但大俠們有一個優(yōu)點就是講義氣,絕對不打自己的朋友。而且他們信奉“朋友的朋友就是我的朋友”,只要是能通過朋友關(guān)系串聯(lián)起來的,不管拐了多少個彎,都認為是自己人。這樣一來,江湖上就形成了一個一個的群落,通過兩兩之間的朋友關(guān)系串聯(lián)起來。而不在同一個群落的人,無論如何都無法通過朋友關(guān)系連起來,于是就可以放心往死了打。但是兩個原本互不相識的人,如何判斷是否屬于一個朋友圈呢?

??我們可以在每個朋友圈內(nèi)推舉出一個比較有名望的人,作為該圈子的代表人物,這樣,每個圈子就可以這樣命名“齊達內(nèi)朋友之隊”“羅納爾多朋友之隊”……兩人只要互相對一下自己的隊長是不是同一個人,就可以確定敵友關(guān)系了。但是還有問題啊,大俠們只知道自己直接的朋友是誰,很多人壓根就不認識隊長,要判斷自己的隊長是誰,只能漫無目的的通過朋友的朋友關(guān)系問下去:“你是不是隊長?你是不是隊長?”這樣一來,隊長面子上掛不住了,而且效率太低,還有可能陷入無限循環(huán)中。于是隊長下令,重新組隊。隊內(nèi)所有人實行分等級制度,形成樹狀結(jié)構(gòu),我隊長就是根節(jié)點,下面分別是二級隊員、三級隊員。每個人只要記住自己的上級是誰就行了。遇到判斷敵友的時候,只要一層層向上問,直到最高層,就可以在短時間內(nèi)確定隊長是誰了。由于我們關(guān)心的只是兩個人之間是否連通,至于他們是如何連通的,以及每個圈子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)是怎樣的,甚至隊長是誰,并不重要。所以我們可以放任隊長隨意重新組隊,只要不搞錯敵友關(guān)系就好了。于是,門派產(chǎn)生了。



??下面我們來看并查集的實現(xiàn)。 int pre[1000]; 這個數(shù)組,記錄了每個大俠的上級是誰。大俠們從1或者0開始編號(依據(jù)題意而定),pre[15]=3就表示15號大俠的上級是3號大俠。如果一個人的上級就是他自己,那說明他就是掌門人了,查找到此為止。也有孤家寡人自成一派的,比如歐陽鋒,那么他的上級就是他自己。每個人都只認自己的上級。比如胡青牛同學(xué)只知道自己的上級是楊左使。張無忌是誰?不認識!要想知道自己的掌門是誰,只能一級級查上去。 find這個函數(shù)就是找掌門用的,意義再清楚不過了.

int find(int x)                                 //查找我(x)的掌門
{
    int r=x;                                     //委托 r 去找掌門
    while (pre[r ]!=r)                      //如果r的上級不是r自己(也就是說找到的大俠他不是掌門 = =)
    r=pre[r ] ;                                // r 就接著找他的上級,直到找到掌門為止。
    return  r ;                               //掌門駕到~~~

}

??再來看看join函數(shù),就是在兩個點之間連一條線,這樣一來,原先它們所在的兩個板塊的所有點就都可以互通了。這在圖上很好辦,畫條線就行了。但我們現(xiàn)在是用并查集來描述武林中的狀況的,一共只有一個pre[]數(shù)組,該如何實現(xiàn)呢? 還是舉江湖的例子,假設(shè)現(xiàn)在武林中的形勢如圖所示。虛竹小和尚與周芷若MM是我非常喜歡的兩個人物,他們的終極boss分別是玄慈方丈和滅絕師太,那明顯就是兩個陣營了。我不希望他們互相打架,就對他倆說:“你們兩位拉拉勾,做好朋友吧?!彼麄兛丛谖业拿孀由?,同意了。這一同意可非同小可,整個少林和峨眉派的人就不能打架了。這么重大的變化,可如何實現(xiàn)呀,要改動多少地方?其實非常簡單,我對玄慈方丈說:“大師,麻煩你把你的上級改為滅絕師太吧。這樣一來,兩派原先的所有人員的終極boss都是師太,那還打個球??!反正我們關(guān)心的只是連通性,門派內(nèi)部的結(jié)構(gòu)不要緊的?!毙纫宦牽隙ɑ鸫罅耍骸拔铱?,憑什么是我變成她手下呀,怎么不反過來?我抗議!”抗議無效,上天安排的,最大。反正誰加入誰效果是一樣的,我就隨手指定了一個。這段函數(shù)的意思很明白了吧?

void join(int x,int y)                              //我想讓虛竹和周芷若做朋友
{

    int fx=find(x),fy=find(y);                  //虛竹的老大是玄慈,芷若MM的老大是滅絕

    if(fx!=fy)                                          //玄慈和滅絕顯然不是同一個人

    pre[fx ]=fy;                                      //方丈只好委委屈屈地當了師太的手下啦

}

??再來看看路徑壓縮算法。建立門派的過程是用join函數(shù)兩個人兩個人地連接起來的,誰當誰的手下完全隨機。最后的樹狀結(jié)構(gòu)會變成什么胎唇樣,我也完全無法預(yù)計,一字長蛇陣也有可能。這樣查找的效率就會比較低下。最理想的情況就是所有人的直接上級都是掌門,一共就兩級結(jié)構(gòu),只要找一次就找到掌門了。哪怕不能完全做到,也最好盡量接近。這樣就產(chǎn)生了路徑壓縮算法。 設(shè)想這樣一個場景:兩個互不相識的大俠碰面了,想知道能不能揍。 于是趕緊打電話問自己的上級:“你是不是掌門?” 上級說:“我不是呀,我的上級是誰誰誰,你問問他看看?!?一路問下去,原來兩人的最終boss都是東廠曹公公。 “哎呀呀,原來是記己人,西禮西禮,在下三營六組白面葫蘆娃!” “幸會幸會,在下九營十八組仙子狗尾巴花!” 兩人高高興興地手拉手喝酒去了。 “等等等等,兩位同學(xué)請留步,還有事情沒完成呢!”我叫住他倆。 “哦,對了,還要做路徑壓縮?!眱扇诵盐?。 白面葫蘆娃打電話給他的上級六組長:“組長啊,我查過了,其習偶們的掌門是曹公公。不如偶們一起及接拜在曹公公手下吧,省得級別太低,以后查找掌門麻環(huán)?!?“唔,有道理?!?白面葫蘆娃接著打電話給剛才拜訪過的三營長……仙子狗尾巴花也做了同樣的事情。 這樣,查詢中所有涉及到的人物都聚集在曹公公的直接領(lǐng)導(dǎo)下。每次查詢都做了優(yōu)化處理,所以整個門派樹的層數(shù)都會維持在比較低的水平上。路徑壓縮的代碼,看得懂很好,看不懂也沒關(guān)系,直接抄上用就行了??傊鶎崿F(xiàn)的功能就是這么個意思。

2.gif
int Find(int x)
{
    int r=x;
    while(r!=pre[r])
        r=pre[r];   // 找到掌門
    int i=x,j;
    while(pre[i]!=r)     // 把所有門人的上級都指定成掌門 實現(xiàn)路徑壓縮
    {
        j=pre[i];
        pre[i]=r;
        i=j;
    }
    return r;
}

總結(jié):并查在圖論算法中比較常見,例如如何判斷無向圖的連通性等等。。

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