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java编程实现并查集的路径压缩代码详解

2023-05-30 19:31

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java编程实现并查集的路径压缩代码详解

java编程实现并查集的路径压缩代码详解

并查集(Union-find Sets)是一种非常精巧而实用的数据结构,它主要用于处理一些不相交集合的合并问题。一些常见的用途有求连通子图、求最小生成树的 Kruskal 算法和求最近公共祖先(Least Common Ancestors, LCA)等。

使用并查集时,首先会存在一组不相交的动态集合 S={S 1 ,S 2 ,⋯,S k } ,一般都会使用一个整数表示集合中的一个元素。
每个集合可能包含一个或多个元素,并选出集合中的某个元素作为代表。每个集合中具体包含了哪些元素是不关心的,具体选择哪个元素作为代表一般也是不关心的。我们关心的是,对于给定的元素,可以很快的找到这个元素所在的集合(的代表),以及合并两个元素所在的集合,而且这些操作的时间复杂度都是常数级的。

并查集的基本操作有三个:

makeSet(s):建立一个新的并查集,其中包含 s 个单元素集合。
unionSet(x, y):把元素 x 和元素 y 所在的集合合并,要求 x 和 y 所在的集合不相交,如果相交则不合并。
find(x):找到元素 x 所在的集合的代表,该操作也可以用于判断两个元素是否位于同一个集合,只要将它们各自的代表比较一下就可以了。

package com.dataStructure.union_find;// 我们的第五版Union-Findpublic class UnionFind5 {  // rank[i]表示以i为根的集合所表示的树的层数  // 在后续的代码中, 我们并不会维护rank的语意, 也就是rank的值在路径压缩的过程中, 有可能不在是树的层数值  // 这也是我们的rank不叫height或者depth的原因, 他只是作为比较的一个标准  private int[] rank;  private int[] parent; // parent[i]表示第i个元素所指向的父节点  private int count;  // 数据个数  // 构造函数  public UnionFind5(int count){    rank = new int[count];    parent = new int[count];    this.count = count;    // 初始化, 每一个parent[i]指向自己, 表示每一个元素自己自成一个集合    for( int i = 0 ; i < count ; i ++ ){      parent[i] = i;      rank[i] = 1;    }  }  // 查找过程, 查找元素p所对应的集合编号  // O(h)复杂度, h为树的高度  private int find(int p){    assert( p >= 0 && p < count );    // path compression 1    while( p != parent[p] ){      parent[p] = parent[parent[p]];      p = parent[p];    }    return p;    // path compression 2, 递归算法//      if( p != parent[p] )//        parent[p] = find( parent[p] );//      return parent[p];  }  // 查看元素p和元素q是否所属一个集合  // O(h)复杂度, h为树的高度  public boolean isConnected( int p , int q ){    return find(p) == find(q);  }  // 合并元素p和元素q所属的集合  // O(h)复杂度, h为树的高度  public void unionElements(int p, int q){    int pRoot = find(p);    int qRoot = find(q);    if( pRoot == qRoot )      return;    // 根据两个元素所在树的元素个数不同判断合并方向    // 将元素个数少的集合合并到元素个数多的集合上    if( rank[pRoot] < rank[qRoot] ){      parent[pRoot] = qRoot;    }    else if( rank[qRoot] < rank[pRoot]){      parent[qRoot] = pRoot;    }    else{ // rank[pRoot] == rank[qRoot]      parent[pRoot] = qRoot;      rank[qRoot] += 1;  // 此时, 我维护rank的值    }  }}

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