并查集の进阶用法

技术分享 3年前 (2023-05-03) 0 999+

普通并查集

我们在处理问题的时候，可能会遇到一些需要维护每个元素所在的集合的问题，而并查集却恰好完美解决了这个问题。

对于普通的并查集，他支持的操作比较少，只有合并和查询，合并是指把两个集合合并成一个，而查询是询问两个元素是否在同一集合内；对于这两种操作，我们可以用一个数组 (f) 来存放当前点所属的集合的代表元素编号，例如，(f[i]=3) 表示的就是第 (i) 个元素属于编号为 (3) 的元素所在的集合，那么你可能会问了，用了这个数组，查询是好办了，我们可以直接写一个 find 函数来查询：

inline void fid(int x){return f[x]==x?x:fid(f[x]);} //如果当前的父节点是自己就返回自己，反之返回代表元素的集合所在的代表元素编号依次直到f[x]==x;

当然我们在使用的时候发现这个 fid 如果一直往后递归会很费时间，所以我们用可以用以下的代码来优化一下：

inline void fid(int x){return f[x]==x?x:f[x]=fid(f[x]);}

这种优化也叫路径压缩，我个人的理解就是加了个记忆化。

那合并呢，咋搞？

假设我们需要把 (x) 和 (y) 所属的两个集合合并。

法一：直接暴力把所有的点遍历一遍，把所有的属于 (y) 所属的集合的 (f) 数组给暴力修改成 (x) 所属的集合的代表元素编号。复杂度 (O(n))

法二：只修改 (f[y]) 的值，让他所属的集合代表元素的编号修改为 (x) 所属的集合代表元素的编号，后面在遇到和 (y) 原先属于同一集合的元素时再更新。复杂度 (O(1))

很显然第一个会 T 飞，第二个复杂度很不错但是如何来实现呢？

我们之前记录的 (f) 数组是有大用的，配合我们的 fid 函数使我们可以轻而易举的完成法二，当你把 (y) 所属的集合的代表元素编号改为 (x) 所属的集合的代表元素编号，这样我们在后面的时候再查到所属集合为 (y) 所属的集合的元素时，我们就会因为 fid 函数一步一步递归更新 (f) 数组的值来实现法二操作了。

但是当 (f[y]=k) 而 (f[k]=k) 的时候怎么办，那样不就没法更新了吗？

所以我们在进行修改的时候改的其实并不是把 (f[y]=f[x])，而是 (f[fid(y)]=f[fid(x)])，直接从根源合并，这样就可以做到合并操作了。

P3367 【模板】并查集

code：

#include<bits/stdc++.h> using namespace std; int n,m,f[100010]; inline int fid(int x) { 	if(f[x]==x)return x; 	else return f[x]=fid(f[x]); } int main() { 	cin>>n>>m; 	for(int i=1;i<=n;i++) 	  f[i]=i;  	for(int i=1;i<=m;i++) 	{ 		int op,x,y; 		cin>>op>>x>>y; 		if(op==1) 		{ 			int xx=fid(x); 			int yy=fid(y); 			f[xx]=f[yy]; 		} 		else if(op==2) 		{ 			int xx=fid(x); 			int yy=fid(y); 			if(xx==yy) 			  cout<<"Y"<<endl; 			else cout<<"N"<<endl; 		} 	} 	return 0; }

扩展域并查集

我也不知道是不是叫这个名字，但是是解决 (n) 个点有 (m) 对关系，把 (n) 个节点放入两个集合里，要求每对存在关系的两个节点不能放在同一个集合这类的问题的一个并查集。

结合一道题目来讲一下具体怎么用：

P1892 [BOI2003]团伙

一个人的朋友的朋友是朋友
一个人的敌人的敌人是朋友

把一个人 (i) 劈成两半，一好 (i) 一坏 (i+n)，当一个人 (j) 和他是朋友的时候，和好的是同一个集合，合并 (j) 和 (i)；如果是敌人，就和坏的是同一集合，合并 (j) 和 (i+n)，(j+n) 和 (i)。

最后你就会发现，和 (i) 为敌的都和 (i+n) 在一个集合里，和 (i) 处于不同集合，这样我们也就完成了题目的要求。

如果 (a) 和 (b) 是敌人，合并 (n+b) 和 (a)，(n+a) 和 (b)

如果 (c) 和 (a) 是敌人，合并 (n+c) 和 (a)，(n+a) 和 (c)

那么 (b) 和 (c) 就并在一起了

code:

#include<bits/stdc++.h> using namespace std; int n,m,f[15000],bd[15000],ans=0; int fid(int x) { 	if(f[x]==x)return f[x]; 	else return f[x]=fid(f[x]); } void cun(int x,int y) { 	int xx=fid(x); 	int yy=fid(y); 	if(xx!=yy)f[yy]=xx;	 } int main() { 	cin>>n>>m; 	for(int i=1;i<=n*2;i++) 	f[i]=i; 	for(int i=1;i<=m;i++) 	{ 		int b,c; 		char a; 		cin>>a>>b>>c; 		if(a=='F') 		cun(b,c); 		if(a=='E') 		{ 			cun(b+n,c); 			cun(c+n,b); 		} 	} 	for(int i=1;i<=n;i++) 	{ 	   	int t=fid(i); 	   	if(bd[t]==0) 	   	  bd[t]=1,ans++; 	} 	cout<<ans<<endl; 	return 0; }

P2024 [NOI2001] 食物链

这个题和上面的有什么区别？

上一个题目里一个人只需要劈两半，因为 A 可以和 B 为敌，B 和 A 为敌。

但是这个不可以，A 可以吃 B，但这样 B 不能吃 A。

所以我们一个人劈三半！A 吃 B，B 吃 C，C 吃 A！

在合并的时候，我们就正常每一个集合都合并，对于 A 吃 B 之类的操作，依次标记即可。

code：

#include<bits/stdc++.h> #define N 10001000 using namespace std; int n,k,f[N],ans,a,b,c; inline int fid(int x){return f[x]==x?x:f[x]=fid(f[x]);}  signed main() { 	cin>>n>>k; 	for(int i=1;i<=3*n;i++)f[i]=i; 	for(int i=1;i<=k;i++) 	{ 		cin>>a>>b>>c; 		if(b>n||c>n){ans++;continue;} 		if(a==1) 		{ 			if(fid(b+n)==fid(c)||fid(c+n)==fid(b)){ans++;continue;} 			f[fid(b)]=fid(c); 			f[fid(b+n)]=fid(c+n); 			f[fid(b+n+n)]=fid(c+n+n); 		} 		if(a==2) 		{ 			if(fid(b)==fid(c)||fid(b)==fid(c+n)){ans++;continue;} 			f[fid(b+n)]=fid(c); 			f[fid(b+n+n)]=fid(c+n); 			f[fid(b)]=fid(c+n+n);  		} 	} 	cout<<ans<<endl; 	return 0; }

加权并查集

我记得这东西还叫带权并查集。

这个东西和普通的并查集有什么区别嘞？

他可以查询两个点之间的距离。

然后就没有别的了。。。。

我也不是很明白这个东西是怎么实现的，但是可以讲一下下面的这个题目（以后一定来填坑）

P1196 [NOI2002] 银河英雄传说

这个题目的询问不太一样：询问两个战舰之间的战舰数量。

我们开一个数组 (f) 来存放当前战舰到这一列尽头之间的战舰数量，然后用 (fa) 来表示当前的点所属的集合的代表元素的编号，其次，我们还需要一个 (num) 数组来存放当前集合，也就是这一列的战舰总数。

我们和普通的并查集相比，其实只有两点不同：

一是我们的 fid 函数，在路径亚索压缩的时候顺便把 (f) 数组也要处理一下，比如说，在路径压缩的时候我们是相当于把这个点接到更新后的点所在列的后面，所以我们要这样改：

inline int fid(int x) { 	if(fa[x]==x)return x;//如果要是相等直接返回  	int ff=fid(fa[x]);//更新后的代表元素编号  	f[x]+=f[fa[x]];//累加求和  	return fa[x]=ff;//返回新的代表元素编号  }

第二就是合并操作的改变，同样我们除了改变 (fa) 以外还要修改 (f) 数组，所以我们这样合并：

f[xx]+=num[yy];//把xx一列接到yy一列的后面，所以直接加上num[yy]  fa[xx]=yy;//更新fa  num[yy]+=num[xx];//累加战舰数量  num[xx]=0;//清零

其实我觉得带权并查集都可以把集合给相成拍一列，因为这样的话能比较好理解和实现。

code：

#include<bits/stdc++.h> #define int long long #define N 1000100 using namespace std; int n,x,y,num[N],f[N],fa[N]; inline int fid(int x) { 	if(fa[x]==x)return x;//如果要是相等直接返回  	int ff=fid(fa[x]);//更新后的代表元素编号  	f[x]+=f[fa[x]];//累加求和  	return fa[x]=ff;//返回新的代表元素编号  } signed main() { 	for(int i=1;i<=30000;i++) 	  fa[i]=i,f[i]=0,num[i]=1; 	cin>>n; 	while(n--) 	{ 		char c; 		cin>>c>>x>>y; 		int xx=fid(x); 		int yy=fid(y); 		if(c=='M') 		{ 			f[xx]+=num[yy];//把xx一列接到yy一列的后面，所以直接加上num[yy]  			fa[xx]=yy;//更新fa  			num[yy]+=num[xx];//累加战舰数量  			num[xx]=0;//清零  		} 		else 		{ 			if(xx!=yy)cout<<"-1"<<endl; 			else cout<<abs(f[x]-f[y])-1<<endl; 		} 	} 	return 0; }