并查集小记

并查集：

并查集，一种树型的数据结构，处理一些不相交集合的合并及查询问题。比如问题：某个家族人员过于庞大，要判断两个人是否是亲戚，不太容易。现给出某个亲戚关系图，求任意给出的两个人是否具有亲戚关系。
规定：x和y是亲戚，y和z是亲戚，那么x和z也是亲戚。如果x,y是亲戚，那么x的亲戚都是y的亲戚，y的亲戚也都是x的亲戚。

从基本实现集合的结构出发：

1.单纯的快速查找：

若id相同则在一个集合中，下图中，（ 2， 3， 4， 9 ）为一集合， 3 和 6 不在一个集合中

合并集合时，需逐个比较将两个集合的 id 统一，慢

缺陷：

合并慢

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2.单纯的快速合并：

上图，3 的祖先是 9, 5 的祖先是 6，则 3 和 5 不在一个集合中。

若要合并 3 和 5 所在集合，则任意选择一个集合的祖先接到另一个集合的祖先上去，其他节点信息不动。

如下合并 3， 5：

快速合并的过程图：

缺陷：

树增高，退化。

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3.按重合并：

将节点数小的集合拼接到节点数大的集合中去，只修改小集合的根节点的父亲，其他节点父亲不动。按重合并能保证树的平缓增长。

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4.路劲压缩：

如若找 9 的祖先，则从 9 到 0 的路径上的所有节点拼接到0上面。

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5.按重合并 加上 路径压缩（并查集）：

过程图如下

C++ 代码：

#include <iostream>
#include <string.h>
using namespace std;
#define NODE_SIZE 100

int set_weights[NODE_SIZE];
int parent[NODE_SIZE];

void init(){
    for( int i = 0; i < NODE_SIZE; ++i ){
        set_weights[i] = 1;
        parent[i] = i;
    }
}

// 寻找改点的祖先 当该点的值 等于 本身的父亲 才是集合的根，返回
int find_ancestor( int i ){
    if( i != parent[i] )
        parent[i] = find_ancestor( parent[i] );
    return parent[i];
}

void merge_set( int a, int b ){
    int set_a = find_ancestor( a );
    int set_b = find_ancestor( b );

    if( set_a == set_b )
        return;
    // 将重量小的集合拼接到重量大的集合上
    if( set_weights[set_a] >= set_weights[set_b] ){
        set_weights[set_a] += set_weights[set_b];
        // 更新重量小的集合的根的父亲
        parent[set_b] = set_a;
    }
    else{
        set_weights[set_b] += set_weights[set_a];
        parent[set_a] = set_b;
    }
}

int main(){
    init();
    merge_set( 3, 4 );
    for( int i = 0; i <= 9; ++i )
        cout << parent[i] << " ";
    cout << endl;

    merge_set( 4, 9 );
    for( int i = 0; i <= 9; ++i )
        cout << parent[i] << " ";
    cout << endl;

    merge_set( 8, 0 );
    for( int i = 0; i <= 9; ++i )
        cout << parent[i] << " ";
    cout << endl;

    merge_set( 2, 3 );
    for( int i = 0; i <= 9; ++i )
        cout << parent[i] << " ";
    cout << endl;

    merge_set( 5, 6 );
    for( int i = 0; i <= 9; ++i )
        cout << parent[i] << " ";
    cout << endl;

    merge_set( 5, 9 );
    for( int i = 0; i <= 9; ++i )
        cout << parent[i] << " ";
    cout << endl;

    merge_set( 7, 3 );
    for( int i = 0; i <= 9; ++i )
        cout << parent[i] << " ";
    cout << endl;

    merge_set( 4, 8 );
    for( int i = 0; i <= 9; ++i )
        cout << parent[i] << " ";
    cout << endl;

    merge_set( 6, 1 );
    for( int i = 0; i <= 9; ++i )
        cout << parent[i] << " ";
}

运行结果：

应用：

一个很经典的物理模型， N * N 的格子，每个格子有两种状态vacant“空白”或者occupied“被占用”，网格能被过滤，当且仅当顶部和底部能被空白的格子链接。如下，蓝色的是“空白”，白色的是“占用”，则第一幅图是能过滤的，第二幅图是不能被过滤的。

现在知道vacant状态的格子在图中出现的概率 P* 能够影响到图能否被过滤，现在要求 P*。

P < P* ，几乎都不能被过滤，

P > P* ，几乎都能被过滤。

（这个问题乍一看和Union-Find没什么关系）

但可这么做：

1.将格子全部初始化为被占用

2.实现 make_site_vacant() 操作，用于将邻接的格子用 Union 操作联系在一起

3.让所有处于顶部和底部的格子变为vacant

4.再随机将其他的格子变为vacant，直到能够find( 顶部，底部 )

5.估算出P*

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