并查集

含义

主要解决一些分组、判断成环、两个元素是否存在某种关系等问题。
注意,说到的这些集合,是不相交集合。
(union):两个不相交的集合合并成一个。
询(find):查询两个元素是否在同一集合中。

步骤:

1、初始化时,一个元素代表一个集合,合并时,要合并的节点指向另一个节点;
2、要合并时,找出两个要合并节点的根节点,根据根节点是否相同来判断两个元素是否属于同一集合,若不属于同一集合(即根节点不同),则将要合并的节点的根节点,指向另一节点的根节点。

结构

其结构实际上是个树,其根节点就是集合的代表元素。

路径压缩

合并过程中, 可能会生成一条长链,导致查询根节点的时间变长,所以希望每个节点到根节点的路径尽可能短些,解决方法就是:把查询过程中,沿途经过每个节点的父节点,都设置成根节点,用递归实现。
并查集

比较方法

把简单的树往复杂树上合并,使得合并后到根节点距离变长的节点个数较少。

时间复杂度

查询次数*合并次数

实现

1、quick find

顾名思义,查询快、合并慢,
并查集
如果要union(1,6),是不同集合,合并后,之前分别跟1连接的元素、跟5连接的元素,也都连接起来了。
查询的时间复杂度O(1),合并复杂度O(n)。
当数据量变大后,因为O(n),所以变慢,接下来就优化一下这部分。

2、quick union

使用树形结构来描述,用数组来存储。
合并和查询时间复杂度都是O(h),h是树的高度,相比quick find,quick union是牺牲了部分查找性能,提高合并性能。
测试发现,数据量小的时候quick union性能明显优于quick find,但当数据量一大起来,却明显差于quick find,因为quick union的查询、合并时间复杂度始终是O(h),生成的树深度可能很深。
接下来,我们试试优化。

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