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並查集的實現與優化

並查集是一種樹型的資料結構,用於處理一些不交集(Disjoint Sets)的合併及查詢問題。有一個聯合-查詢演算法(union-find algorithm)定義了兩個用於此資料結構的操作:

Find:確定元素屬於哪一個子集。它可以被用來確定兩個元素是否屬於同一子集。
Union:將兩個子集合併成同一個集合。
由於支援這兩種操作,一個不相交集也常被稱為聯合-查詢資料結構(union-find data structure)或合併-查詢集合(merge-find set)。其他的重要方法,MakeSet,用於建立單元素集合。有了這些方法,許多經典的劃分問題可以被解決。

初始化時是森林
Union操作!
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這是並查集森林的最基礎的表示方法,這個方法不會比連結串列法好,這是因為建立的樹可能會嚴重不平衡;然而,可以用兩種辦法優化。
第一種方法,稱為“按秩合併”,即總是將更小的樹連線至更大的樹上。因為影響執行時間的是樹的深度,更小的樹新增到更深的樹的根上將不會增加秩除非它們的秩相同。在這個演算法中,術語“秩”替代了“深度”,因為同時應用了路徑壓縮時(見下文)秩將不會與高度相同。單元素的樹的秩定義為0,當兩棵秩同為r的樹聯合時,它們的秩r+1。只使用這個方法將使最壞的執行時間提高至每個MakeSet、Union或Find操作O(
log n)。
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java程式碼實現:

public class UnionFind5
implements UF { private int[] parent; private int[] rank; public UnionFind5(int size) { parent = new int[size]; rank = new int[size]; for (int i = 0; i < size; i++) { parent[i] = i; rank[i] = 1; } } @Override public
int getSize() { return parent.length; } private int find(int p) { if (p < 0 && p > parent.length) { throw new IllegalArgumentException("p is out of bound"); } while (p != parent[p]) { parent[p]=parent[parent[p]]; p = parent[p]; } return p; } @Override public boolean isConnected(int q, int p) { return find(q) == find(p); } @Override public void unionElement(int q, int p) { int qRoot = find(q); int pRoot = find(p); if (qRoot == pRoot) { return; } else { //將元素少的合併到元素多的上 if (rank[qRoot] > rank[pRoot]) { parent[pRoot] = qRoot; } else if (rank[qRoot] < rank[pRoot]) { parent[qRoot] = pRoot; } else {//rank[qRoot] == rank[pRoot parent[qRoot] = pRoot; rank[pRoot] += 1; } } } public static void main(String[] args) { System.out.println("123"); } }