首先我们先来看一个栗子:
朋友圈问题:
1、已知,有n个人和m对好友关系(存于一个集合r中)
2、如果两个人是直接的或者间接的好友(好友的好友的好友。。。),那么他们属于一个集合,就是一个朋友圈里的。
3、写出程序,求这n个人中一共有多少个朋友圈。
例如:
n=5,m=3;
r={{1,2},{2,3},{4,5}};
因为集合{1,2}和集合{2,3}中有共同的朋友2,所以1,2,3属于同一个朋友圈,4和5与其它集合没有共同元素,所以4和5属于一个朋友圈。
那么怎么解决这个问题呢?
在之前我们学习了哈希表,所以很容易想到用哈希表来解决这个问题,具体解法如下所示:
哈希表虽然可以解决这类问题,但是当关系变得复杂点就十分容易出错,而且实现起来比较复杂,那有没有更好的方法呢,就是今天所要描述的并查集。
1、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(Disjoint Sets)的合并及查询问题。常常在使用中以森林来表示。并查集是一种 不相交集合 的数据结构,设有一个动态集合S={s1,s2,s3,…..sn},每个集合通过一个代表来标识,代表 就是动态集合S 中的某个元素。比如,若某个元素 x 是否在集合 s1 中(Find操作),返回集合 s1 的代表元素即可。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即可。
2、并查集的实现步骤
(1)首先用vector动态开辟一个长度为n+1的数组_v(n+1更符合用户的使用心态)。
(2)将这些数组内容初始化为-1;
(3)查找,查找元素所在的集合,即根节点。
(4)合并,将两个元素所在的集合合并为一个集合。通常来说,合并之前,应先判断两个元素是否属于同一集合,这可用上面的“查找”操作实现。
3、具体栗子解析:
4、代码实现部分
代码共有三个主要函数,分别是查找双亲结点函数、求两个数的交集函数、以及求朋友圈个数的函数:
#include<iostream>
using namespace std;
#include<vector>
class UnionFind
{
public:
UnionFind(size_t size)
{
_v.resize(size+1, -1);
}
void join(int x, int y)//求交集
{
int root1 = Find(x);
int root2 = Find(y);
//判断是否在同一集合中
//不在同一集合中
if (root1 != root2)
{
_v[root1] +=_v[root2];
_v[root2] = root1;
}
}
int UnionCount()
{
int count = 0;//当元素大于零时,count++
for (size_t i = 0; i < _v.size(); i++)
{
if (_v[i] < 0)
count++;
}
return count-1;//否则说明朋友圈出错
}
void Show()
{
for (size_t i = 0; i<_v.size(); i++)
{
cout << _v[i] << " ";
}
cout << endl;
}
private:
int Find(int x)//查找父节点
{
while (_v[x] > 0)
x = _v[x];
return x;
}
private:
vector<int> _v;
};
测试函数:
void UnionText()
{
UnionFind un(10);
un.join(1, 3);
un.join(2, 3);
un.join(4, 6);
un.join(7, 9);
un.join(6, 8);
un.join(0, 5);
un.Show();
cout<<"朋友圈个数是:"<<un.UnionCount()<<endl;
}
运行结果: