并查集 02 快查

并查集的初始化

  • 在初始化的時(shí)候指定并查集中一共有多少元素庭猩,就將盛放集合中元素的數(shù)組開(kāi)辟成多大狞山,然后將數(shù)組的每一格的值賦成其索引號(hào)走芋,即初始化的時(shí)候绩郎,每個(gè)元素作為一個(gè)集合,和其他任何集合是沒(méi)有交集的翁逞;
  • 用數(shù)組表示集合中的所有元素肋杖,數(shù)組的索引代表集合中的一個(gè)元素,數(shù)組中的值表示該索引位置的元素所在的集合的編號(hào)挖函;
  • 在初始化的時(shí)候状植,數(shù)組中每個(gè)元素的值和其索引號(hào)一致,表示每個(gè)元素處在只有它構(gòu)成的集合中怨喘;
public class UnionFind1 implements UF {

    private int[] id;    // 我們的第一版Union-Find本質(zhì)就是一個(gè)數(shù)組

    public UnionFind1(int size) {

        id = new int[size];

        // 初始化, 每一個(gè)id[i]指向自己, 沒(méi)有合并的元素
        for (int i = 0; i < size; i++)
            id[i] = i;
    }

    @Override
    public int getSize(){
        return id.length;
    }

}

查詢 - 快速查詢 O(1)

  • 快速查詢的時(shí)間復(fù)雜度是 O(1)津畸;
  • 在數(shù)組中查詢索引為 p 的元素的值(索引為 p 的元素所屬的集合的編號(hào))的時(shí)間復(fù)雜度是 O(1);
  • 查詢兩個(gè)元素 p 和 q 所在的集合是否是同一個(gè)必怜,時(shí)間復(fù)雜度也是O(1)肉拓;
// 查找元素p所對(duì)應(yīng)的集合編號(hào)
// O(1)復(fù)雜度
private int find(int p) {
    if(p < 0 || p >= id.length)
        throw new IllegalArgumentException("p is out of bound.");

    return id[p];
}

// 查看元素p和元素q是否所屬一個(gè)集合
// O(1)復(fù)雜度
@Override
public boolean isConnected(int p, int q) {
    return find(p) == find(q);
}

合并 - 將 p 和 q 所在的集合合并成一個(gè)集合 O(n)

  • 先查看 p 和 q 所在的集合是否是同一個(gè)集合;
  • 如果是同一個(gè)集合梳庆,則無(wú)需合并暖途;
  • 如果不是同一個(gè)集合卑惜,將 p 所在集合的元素的集合值,全部改為 q 所在的集合的集合值驻售;
  • 因?yàn)樾薷?p 所在集合的集合值露久,是一個(gè)在數(shù)組中遍歷的操作,所以時(shí)間復(fù)雜度是 O(n)欺栗,所以快速查詢的代價(jià)是合并的慢抱环,此方案有優(yōu)化的空間;
// 合并元素p和元素q所屬的集合
// O(n) 復(fù)雜度
@Override
public void unionElements(int p, int q) {

    int pID = find(p);
    int qID = find(q);

    if (pID == qID)
        return;

    // 合并過(guò)程需要遍歷一遍所有元素, 將兩個(gè)元素的所屬集合編號(hào)合并
    for (int i = 0; i < id.length; i++)
        if (id[i] == pID)
            id[i] = qID;
}
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