c++中如何使用并查集判断连通性_c++并查集判断连通性方法

答案是使用并查集可高效判断图的连通性,通过初始化父节点数组,实现查找与合并操作,动态维护节点连通关系。

c++中如何使用并查集判断连通性_c++并查集判断连通性方法

在C++中,使用并查集(Disjoint Set Union, DSU)判断图的连通性是一种高效且常用的方法。它适用于动态添加边并实时查询节点是否连通的场景。

并查集基本结构

并查集通过维护一个父节点数组来表示每个元素所属的集合。核心操作包括查找(find)和合并(union)。

初始化时,每个节点的父节点指向自己,表示各自独立成一个集合。

示例代码:

class UnionFind {public:    vector parent;    UnionFind(int n) {        parent.resize(n);        for (int i = 0; i < n; ++i)            parent[i] = i;    }    int find(int x) {        if (parent[x] != x)            parent[x] = find(parent[x]); // 路径压缩        return parent[x];    }    void unite(int x, int y) {        int rx = find(x), ry = find(y);        if (rx != ry)            parent[rx] = ry; // 合并两个集合    }    bool connected(int x, int y) {        return find(x) == find(y);    }};

判断连通性的应用方式

当处理无向图时,每读入一条边 (u, v),就调用unite(u, v)将两个顶点合并到同一集合。之后可通过connected(u, v)快速判断两点是否在同一连通分量中。

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常见应用场景包括:判断整个图是否连通、检测加边过程中是否形成环、统计连通分量数量等。

例如,判断n个节点的图是否完全连通:

初始化并查集,节点数为n 遍历所有边,依次合并端点 最后检查所有节点的根是否相同,或统计不同根的数量

优化技巧提升效率

为了提高性能,通常加入路径压缩和按秩合并两种优化。

路径压缩在find中实现,使后续查询接近O(1)。按秩合并需额外维护rank数组,避免树过高。

改进后的类片段:

class UnionFindOpt {public:    vector parent, rank;    UnionFindOpt(int n) : parent(n), rank(n, 0) {        for (int i = 0; i < n; ++i)            parent[i] = i;    }    int find(int x) {        if (parent[x] != x)            parent[x] = find(parent[x]);        return parent[x];    }    void unite(int x, int y) {        int rx = find(x), ry = find(y);        if (rx == ry) return;        if (rank[rx] < rank[ry])            parent[rx] = ry;        else {            parent[ry] = rx;            if (rank[rx] == rank[ry])                rank[rx]++;        }    }};

基本上就这些。掌握并查集的核心思想与实现方式后,判断连通性变得直观又高效。注意根据题目需求选择是否启用按秩合并,大多数情况下路径压缩已足够。

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