WPROWADZENIE DO ZBIORU ROZŁĄCZNEGO (ALGORYTM ZNAJDOWANIA UNII) - TECHCODEVIEW.COM

Co to jest struktura danych zbioru rozłącznego?

Nazywa się dwa zestawy zbiory rozłączne jeśli nie mają żadnego wspólnego elementu, przecięciem zbiorów jest zbiór zerowy.

Struktura danych przechowująca nienakładający się lub rozłączny podzbiór elementów nazywana jest rozłączną strukturą danych. Struktura danych zbioru rozłącznego obsługuje następujące operacje:

Dodawanie nowych zbiorów do zbioru rozłącznego.
Łączenie zbiorów rozłącznych w jeden zbiór rozłączny za pomocą Unia operacja.
Znajdowanie przedstawiciela zbioru rozłącznego za pomocą Znajdować operacja.
Sprawdź, czy dwa zbiory są rozłączne, czy nie.

Rozważmy sytuację, w której jest wiele osób i należy wobec nich wykonać następujące zadania:

Dodać nowa przyjaźń relacja , czyli osoba x staje się przyjacielem innej osoby y, czyli dodając nowy element do zbioru.
Znajdź, czy indywidualny x jest przyjacielem jednostki y (bezpośredni lub pośredni przyjaciel)

Przykłady:

Mamy dane 10 osób, powiedzmy, a, b, c, d, e, f, g, h, i, j

Poniżej znajdują się relacje, które należy dodać:
a b
b d
c f
c ja
j e
g j

Biorąc pod uwagę pytania takie jak, czy a jest przyjacielem d, czy nie. Zasadniczo musimy utworzyć następujące 4 grupy i utrzymać szybko dostępne połączenie między elementami grupowymi:
G1 = {a, b, d}
G2 = {c, f, ja}
G3 = {e, g, j}
G4 = {h}

Znajdź, czy x i y należą do tej samej grupy, czy nie, tj. sprawdź, czy x i y są bezpośrednimi/pośrednimi przyjaciółmi.

Podział jednostek na różne zbiory w zależności od grup, do których należą. Metoda ta znana jest jako Rozłączny zbiór Unii który utrzymuje kolekcję Zbiory rozłączne a każdy zbiór jest reprezentowany przez jednego ze swoich elementów.

Aby odpowiedzieć na powyższe pytanie, należy wziąć pod uwagę dwa kluczowe punkty:

Jak rozwiązać zestawy? Początkowo wszystkie elementy należą do różnych zbiorów. Po pracy nad podanymi relacjami wybieramy członka jako a przedstawiciel . Sposobów na wybranie przedstawiciela może być wiele, najprostszym jest wybranie o największym indeksie.
Sprawdź, czy w tej samej grupie są 2 osoby? Jeśli przedstawiciele dwóch osób są tacy sami, zostaną przyjaciółmi.

Stosowane struktury danych to:

Szyk: Nazywa się tablicę liczb całkowitych Rodzic[] . Jeżeli mamy do czynienia N elementów, i-ty element tablicy reprezentuje i-ty element. Dokładniej, i-ty element tablicy Parent[] jest rodzicem i-tego elementu. Relacje te tworzą jedno lub więcej wirtualnych drzew.

Drzewo: To jest Zestaw rozłączny . Jeśli dwa elementy znajdują się w tym samym drzewie, to są w tym samym Zestaw rozłączny . Węzeł główny (lub najwyższy węzeł) każdego drzewa nazywa się przedstawiciel zestawu. Zawsze jest jeden unikalny przedstawiciel każdego zestawu. Prostą zasadą identyfikacji przedstawiciela jest to, że „i” jest przedstawicielem zbioru Rodzic[i] = ja . Jeśli nie jestem przedstawicielem jego zbioru, można go znaleźć, wspinając się po drzewie, aż znajdziemy przedstawiciela.

Operacje na strukturach danych na zbiorach rozłącznych:

Znajdować
Unia

1. Znajdź:

Można to zaimplementować poprzez rekurencyjne przechodzenie przez tablicę nadrzędną, aż trafimy na węzeł, który jest swoim rodzicem.

C++

// Finds the representative of the set> // that i is an element of> > #include> using> namespace> std;> > int> find(>int> i)> > {> > >// If i is the parent of itself> >if> (parent[i] == i) {> > >// Then i is the representative of> >// this set> >return> i;> >}> >else> {> > >// Else if i is not the parent of> >// itself, then i is not the> >// representative of his set. So we> >// recursively call Find on its parent> >return> find(parent[i]);> >}> }> > // The code is contributed by Nidhi goel>

Jawa

// Finds the representative of the set> // that i is an element of> import> java.io.*;> > class> GFG {> > >static> int> find(>int> i)> > >{> > >// If i is the parent of itself> >if> (parent[i] == i) {> > >// Then i is the representative of> >// this set> >return> i;> >}> >else> {> > >// Else if i is not the parent of> >// itself, then i is not the> >// representative of his set. So we> >// recursively call Find on its parent> >return> find(parent[i]);> >}> >}> }> > // The code is contributed by Nidhi goel>

Python3

# Finds the representative of the set> # that i is an element of> > def> find(i):> > ># If i is the parent of itself> >if> (parent[i]>=>=> i):> > ># Then i is the representative of> ># this set> >return> i> >else>:> > ># Else if i is not the parent of> ># itself, then i is not the> ># representative of his set. So we> ># recursively call Find on its parent> >return> find(parent[i])> > ># The code is contributed by Nidhi goel>

C#

using> System;> > public> class> GFG{> > >// Finds the representative of the set> >// that i is an element of> >public> static> int> find(>int> i)> >{> > >// If i is the parent of itself> >if> (parent[i] == i) {> > >// Then i is the representative of> >// this set> >return> i;> >}> >else> {> > >// Else if i is not the parent of> >// itself, then i is not the> >// representative of his set. So we> >// recursively call Find on its parent> >return> find(parent[i]);> >}> >}> }>

JavaScript

> // Finds the representative of the set> // that i is an element of> > function> find(i)> {> > >// If i is the parent of itself> >if> (parent[i] == i) {> > >// Then i is the representative of> >// this set> >return> i;> >}> >else> {> > >// Else if i is not the parent of> >// itself, then i is not the> >// representative of his set. So we> >// recursively call Find on its parent> >return> find(parent[i]);> >}> }> // The code is contributed by Nidhi goel> >

Złożoność czasowa : To podejście jest nieefektywne i w najgorszym przypadku może zająć czas O(n).

2. Unia:

To wymaga dwa elementy jako dane wejściowe i znajduje przedstawicieli ich zbiorów za pomocą Znajdować i na koniec umieszcza jedno z drzew (reprezentujących zbiór) pod węzłem głównym drugiego drzewa.

C++

// Unites the set that includes i> // and the set that includes j> > #include> using> namespace> std;> > void> union>(>int> i,>int> j) {> > >// Find the representatives> >// (or the root nodes) for the set> >// that includes i> >int> irep =>this>.Find(i),> > >// And do the same for the set> >// that includes j> >int> jrep =>this>.Find(j);> > >// Make the parent of i’s representative> >// be j’s representative effectively> >// moving all of i’s set into j’s set)> >this>.Parent[irep] = jrep;> }>

Jawa

import> java.util.Arrays;> > public> class> UnionFind {> >private> int>[] parent;> > >public> UnionFind(>int> size) {> >// Initialize the parent array with each element as its own representative> >parent =>new> int>[size];> >for> (>int> i =>0>

; i   parent[i] = i;   }   }     // Find the representative (root) of the set that includes element i   public int find(int i) {   if (parent[i] == i) {   return i; // i is the representative of its own set   }   // Recursively find the representative of the parent until reaching the root   parent[i] = find(parent[i]); // Path compression   return parent[i];   }     // Unite (merge) the set that includes element i and the set that includes element j   public void union(int i, int j) {   int irep = find(i); // Find the representative of set containing i   int jrep = find(j); // Find the representative of set containing j     // Make the representative of i's set be the representative of j's set   parent[irep] = jrep;   }     public static void main(String[] args) {   int size = 5; // Replace with your desired size   UnionFind uf = new UnionFind(size);     // Perform union operations as needed   uf.union(1, 2);   uf.union(3, 4);     // Check if elements are in the same set   boolean inSameSet = uf.find(1) == uf.find(2);   System.out.println('Are 1 and 2 in the same set? ' + inSameSet);   }  }>

Python3

# Unites the set that includes i> # and the set that includes j> > def> union(parent, rank, i, j):> ># Find the representatives> ># (or the root nodes) for the set> ># that includes i> >irep>=> find(parent, i)> > ># And do the same for the set> ># that includes j> >jrep>=> find(parent, j)> > ># Make the parent of i’s representative> ># be j’s representative effectively> ># moving all of i’s set into j’s set)> > >parent[irep]>=> jrep>

C#

using> System;> > public> class> UnionFind> {> >private> int>[] parent;> > >public> UnionFind(>int> size)> >{> >// Initialize the parent array with each element as its own representative> >parent =>new> int>[size];> >for> (>int>

i = 0; i   {   parent[i] = i;   }   }     // Find the representative (root) of the set that includes element i   public int Find(int i)   {   if (parent[i] == i)   {   return i; // i is the representative of its own set   }   // Recursively find the representative of the parent until reaching the root   parent[i] = Find(parent[i]); // Path compression   return parent[i];   }     // Unite (merge) the set that includes element i and the set that includes element j   public void Union(int i, int j)   {   int irep = Find(i); // Find the representative of set containing i   int jrep = Find(j); // Find the representative of set containing j     // Make the representative of i's set be the representative of j's set   parent[irep] = jrep;   }     public static void Main()   {   int size = 5; // Replace with your desired size   UnionFind uf = new UnionFind(size);     // Perform union operations as needed   uf.Union(1, 2);   uf.Union(3, 4);     // Check if elements are in the same set   bool inSameSet = uf.Find(1) == uf.Find(2);   Console.WriteLine('Are 1 and 2 in the same set? ' + inSameSet);   }  }>

JavaScript

// JavaScript code for the approach> > // Unites the set that includes i> // and the set that includes j> function> union(parent, rank, i, j)> {> > // Find the representatives> // (or the root nodes) for the set> // that includes i> let irep = find(parent, i);> > // And do the same for the set> // that includes j> let jrep = find(parent, j);> > // Make the parent of i’s representative> // be j’s representative effectively> // moving all of i’s set into j’s set)> > parent[irep] = jrep;> }>

Złożoność czasowa : To podejście jest nieefektywne i w najgorszym przypadku może prowadzić do drzewa o długości O(n).

Optymalizacje (suma według rangi/rozmiaru i kompresji ścieżki):

Wydajność zależy w dużej mierze od tego, które drzewo zostanie przyczepione do drugiego . Można to zrobić na 2 sposoby. Pierwsza to Union by Rank, która uwzględnia wysokość drzewa jako czynnik, a druga to Union by Size, która uwzględnia wielkość drzewa jako czynnik podczas łączenia jednego drzewa z drugim. Ta metoda wraz z kompresją ścieżki daje złożoność o prawie stałym czasie.

Kompresja ścieżki (Modyfikacje Find()):

Przyspiesza strukturę danych poprzez ściskanie wysokości drzew. Można to osiągnąć poprzez wstawienie małego mechanizmu buforującego do pliku Znajdować operacja. Spójrz na kod, aby uzyskać więcej szczegółów:

C++

// Finds the representative of the set that i> // is an element of.> > #include> using> namespace> std;> > int> find(>int> i)> {> > >// If i is the parent of itself> >if> (Parent[i] == i) {> > >// Then i is the representative> >return> i;> >}> >else> {> > >// Recursively find the representative.> >int> result = find(Parent[i]);> > >// We cache the result by moving i’s node> >// directly under the representative of this> >// set> >Parent[i] = result;> > >// And then we return the result> >return> result;> >}> }>

Jawa

// Finds the representative of the set that i> // is an element of.> import> java.io.*;> import> java.util.*;> > static> int> find(>int> i)> {> > >// If i is the parent of itself> >if> (Parent[i] == i) {> > >// Then i is the representative> >return> i;> >}> >else> {> > >// Recursively find the representative.> >int> result = find(Parent[i]);> > >// We cache the result by moving i’s node> >// directly under the representative of this> >// set> >Parent[i] = result;> > >// And then we return the result> >return> result;> >}> }> > // The code is contributed by Arushi jindal.>

Python3

# Finds the representative of the set that i> # is an element of.> > > def> find(i):> > ># If i is the parent of itself> >if> Parent[i]>=>=> i:> > ># Then i is the representative> >return> i> >else>:> > ># Recursively find the representative.> >result>=> find(Parent[i])> > ># We cache the result by moving i’s node> ># directly under the representative of this> ># set> >Parent[i]>=> result> > ># And then we return the result> >return> result> > # The code is contributed by Arushi Jindal.>

C#

znak na int w Javie

using> System;> > // Finds the representative of the set that i> // is an element of.> public> static> int> find(>int> i)> {> > >// If i is the parent of itself> >if> (Parent[i] == i) {> > >// Then i is the representative> >return> i;> >}> >else> {> > >// Recursively find the representative.> >int> result = find(Parent[i]);> > >// We cache the result by moving i’s node> >// directly under the representative of this> >// set> >Parent[i] = result;> > >// And then we return the result> >return> result;> >}> }> > // The code is contributed by Arushi Jindal.>

JavaScript

// Finds the representative of the set that i> // is an element of.> > > function> find(i)> {> > >// If i is the parent of itself> >if> (Parent[i] == i) {> > >// Then i is the representative> >return> i;> >}> >else> {> > >// Recursively find the representative.> >let result = find(Parent[i]);> > >// We cache the result by moving i’s node> >// directly under the representative of this> >// set> >Parent[i] = result;> > >// And then we return the result> >return> result;> >}> }> > // The code is contributed by Arushi Jindal.>

Złożoność czasu : O(log n) średnio na połączenie.

Związek według rangi :

Przede wszystkim potrzebujemy nowej tablicy liczb całkowitych o nazwie ranga[] . Rozmiar tej tablicy jest taki sam jak tablicy nadrzędnej Rodzic[] . Jeśli i jest przedstawicielem zbioru, ranga [i] jest wysokością drzewa reprezentującego zbiór.
Przypomnijmy sobie teraz, że w operacji Union nie ma znaczenia, które z dwóch drzew zostanie przesunięte pod drugie. Teraz chcemy zminimalizować wysokość powstałego drzewa. Jeśli łączymy dwa drzewa (lub zbiory), nazwijmy je lewym i prawym, wtedy wszystko zależy od ranga lewicy i ranga prawa .

Jeżeli ranga lewy jest niższa od rangi Prawidłowy , wtedy najlepiej się ruszyć lewy pod prawym , ponieważ nie zmieni to rangi prawej strony (podczas gdy poruszanie się w prawo pod lewą zwiększyłoby wysokość). W ten sam sposób, jeśli ranga prawej strony jest mniejsza niż ranga lewej, wówczas powinniśmy przesuwać się w prawo pod lewą.
Jeśli rangi są równe, nie ma znaczenia, które drzewo znajdzie się pod drugim, ale ranga wyniku będzie zawsze o jeden wyższa niż ranga drzew.

C++

// Unites the set that includes i and the set> // that includes j by rank> > #include> using> namespace> std;> > void> unionbyrank(>int> i,>int> j) {> > >// Find the representatives (or the root nodes)> >// for the set that includes i> >int> irep =>this>.find(i);> > >// And do the same for the set that includes j> >int> jrep =>this>.Find(j);> > >// Elements are in same set, no need to> >// unite anything.> >if> (irep == jrep)> >return>;> > >// Get the rank of i’s tree> >irank = Rank[irep],> > >// Get the rank of j’s tree> >jrank = Rank[jrep];> > >// If i’s rank is less than j’s rank> >if>

(irank     // Then move i under j   this.parent[irep] = jrep;   }     // Else if j’s rank is less than i’s rank   else if (jrank     // Then move j under i   this.Parent[jrep] = irep;   }     // Else if their ranks are the same   else {     // Then move i under j (doesn’t matter   // which one goes where)   this.Parent[irep] = jrep;     // And increment the result tree’s   // rank by 1   Rank[jrep]++;   }  }>

Jawa

public> class> DisjointSet {> > >private> int>[] parent;> >private> int>[] rank;> > >// Constructor to initialize the DisjointSet data> >// structure> >public> DisjointSet(>int> size)> >{> >parent =>new> int>[size];> >rank =>new> int>[size];> > >// Initialize each element as a separate set with> >// rank 0> >for> (>int> i =>0>

; i   parent[i] = i;   rank[i] = 0;   }   }     // Function to find the representative (or the root   // node) of a set with path compression   private int find(int i)   {   if (parent[i] != i) {   parent[i] = find(parent[i]); // Path compression   }   return parent[i];   }     // Unites the set that includes i and the set that   // includes j by rank   public void unionByRank(int i, int j)   {   // Find the representatives (or the root nodes) for   // the set that includes i and j   int irep = find(i);   int jrep = find(j);     // Elements are in the same set, no need to unite   // anything   if (irep == jrep) {   return;   }     // Get the rank of i's tree   int irank = rank[irep];     // Get the rank of j's tree   int jrank = rank[jrep];     // If i's rank is less than j's rank   if (irank   // Move i under j   parent[irep] = jrep;   }   // Else if j's rank is less than i's rank   else if (jrank   // Move j under i   parent[jrep] = irep;   }   // Else if their ranks are the same   else {   // Move i under j (doesn't matter which one goes   // where)   parent[irep] = jrep;   // Increment the result tree's rank by 1   rank[jrep]++;   }   }     // Example usage   public static void main(String[] args)   {   int size = 5;   DisjointSet ds = new DisjointSet(size);     // Perform some union operations   ds.unionByRank(0, 1);   ds.unionByRank(2, 3);   ds.unionByRank(1, 3);     // Find the representative of each element and print   // the result   for (int i = 0; i   System.out.println(   'Element ' + i   + ' belongs to the set with representative '  + ds.find(i));   }   }  }>

Python3

class> DisjointSet:> >def> __init__(>self>, size):> >self>.parent>=> [i>for> i>in> range>(size)]> >self>.rank>=> [>0>]>*> size> > ># Function to find the representative (or the root node) of a set> >def> find(>self>, i):> ># If i is not the representative of its set, recursively find the representative> >if> self>.parent[i] !>=> i:> >self>.parent[i]>=> self>.find(>self>.parent[i])># Path compression> >return> self>.parent[i]> > ># Unites the set that includes i and the set that includes j by rank> >def> union_by_rank(>self>, i, j):> ># Find the representatives (or the root nodes) for the set that includes i and j> >irep>=> self>.find(i)> >jrep>=> self>.find(j)> > ># Elements are in the same set, no need to unite anything> >if> irep>=>=> jrep:> >return> > ># Get the rank of i's tree> >irank>=> self>.rank[irep]> > ># Get the rank of j's tree> >jrank>=> self>.rank[jrep]> > ># If i's rank is less than j's rank> >if>

irank   # Move i under j   self.parent[irep] = jrep   # Else if j's rank is less than i's rank   elif jrank   # Move j under i   self.parent[jrep] = irep   # Else if their ranks are the same   else:   # Move i under j (doesn't matter which one goes where)   self.parent[irep] = jrep   # Increment the result tree's rank by 1   self.rank[jrep] += 1    def main(self):   # Example usage   size = 5  ds = DisjointSet(size)     # Perform some union operations   ds.union_by_rank(0, 1)   ds.union_by_rank(2, 3)   ds.union_by_rank(1, 3)     # Find the representative of each element   for i in range(size):   print(f'Element {i} belongs to the set with representative {ds.find(i)}')      # Creating an instance and calling the main method  ds = DisjointSet(size=5)  ds.main()>

C#

using> System;> > class> DisjointSet {> >private> int>[] parent;> >private> int>[] rank;> > >public> DisjointSet(>int> size) {> >parent =>new> int>[size];> >rank =>new> int>[size];> > >// Initialize each element as a separate set> >for> (>int>

i = 0; i   parent[i] = i;   rank[i] = 0;   }   }     // Function to find the representative (or the root node) of a set   private int Find(int i) {   // If i is not the representative of its set, recursively find the representative   if (parent[i] != i) {   parent[i] = Find(parent[i]); // Path compression   }   return parent[i];   }     // Unites the set that includes i and the set that includes j by rank   public void UnionByRank(int i, int j) {   // Find the representatives (or the root nodes) for the set that includes i and j   int irep = Find(i);   int jrep = Find(j);     // Elements are in the same set, no need to unite anything   if (irep == jrep) {   return;   }     // Get the rank of i's tree   int irank = rank[irep];     // Get the rank of j's tree   int jrank = rank[jrep];     // If i's rank is less than j's rank   if (irank   // Move i under j   parent[irep] = jrep;   }   // Else if j's rank is less than i's rank   else if (jrank   // Move j under i   parent[jrep] = irep;   }   // Else if their ranks are the same   else {   // Move i under j (doesn't matter which one goes where)   parent[irep] = jrep;   // Increment the result tree's rank by 1   rank[jrep]++;   }   }     static void Main() {   // Example usage   int size = 5;   DisjointSet ds = new DisjointSet(size);     // Perform some union operations   ds.UnionByRank(0, 1);   ds.UnionByRank(2, 3);   ds.UnionByRank(1, 3);     // Find the representative of each element   for (int i = 0; i   Console.WriteLine('Element ' + i + ' belongs to the set with representative ' + ds.Find(i));   }   }  }>

JavaScript

// JavaScript Program for the above approach> unionbyrank(i, j) {> let irep =>this>.find(i);>// Find representative of set including i> let jrep =>this>.find(j);>// Find representative of set including j> > if> (irep === jrep) {> return>;>// Elements are already in the same set> }> > let irank =>this>.rank[irep];>// Rank of set including i> let jrank =>this>.rank[jrep];>// Rank of set including j> > if>

(irank  this.parent[irep] = jrep; // Make j's representative parent of i's representative  } else if (jrank  this.parent[jrep] = irep; // Make i's representative parent of j's representative  } else {  this.parent[irep] = jrep; // Make j's representative parent of i's representative  this.rank[jrep]++; // Increment the rank of the resulting set  }>

Unia według rozmiaru:

Ponownie potrzebujemy nowej tablicy liczb całkowitych o nazwie rozmiar[] . Rozmiar tej tablicy jest taki sam jak tablicy nadrzędnej Rodzic[] . Jeśli i jest przedstawicielem zbioru, rozmiar[i] jest liczbą elementów drzewa reprezentujących zbiór.
Teraz łączymy dwa drzewa (lub zbiory), nazwijmy je lewą i prawą, wtedy w tym przypadku wszystko zależy od rozmiar lewy i rozmiar prawy drzewo (lub zestaw).

Jeśli rozmiar lewy jest mniejszy niż rozmiar Prawidłowy , wtedy najlepiej się ruszyć lewy pod prawym i zwiększ rozmiar prawej strony o rozmiar lewej. W ten sam sposób, jeśli rozmiar prawej strony jest mniejszy niż rozmiar lewej strony, wówczas powinniśmy przesuwać się w prawo pod lewym. i zwiększ rozmiar lewego o rozmiar prawego.
Jeśli rozmiary są równe, nie ma znaczenia, które drzewo znajdzie się pod drugim.

C++

// Unites the set that includes i and the set> // that includes j by size> > #include> using> namespace> std;> > void> unionBySize(>int> i,>int> j) {> > >// Find the representatives (or the root nodes)> >// for the set that includes i> >int> irep = find(i);> > >// And do the same for the set that includes j> >int> jrep = find(j);> > >// Elements are in the same set, no need to> >// unite anything.> >if> (irep == jrep)> >return>;> > >// Get the size of i’s tree> >int> isize = Size[irep];> > >// Get the size of j’s tree> >int> jsize = Size[jrep];> > >// If i’s size is less than j’s size> >if>

(isize     // Then move i under j   Parent[irep] = jrep;     // Increment j's size by i's size   Size[jrep] += Size[irep];   }     // Else if j’s size is less than i’s size   else {     // Then move j under i   Parent[jrep] = irep;     // Increment i's size by j's size   Size[irep] += Size[jrep];   }  }>

Jawa

// Java program for the above approach> import> java.util.Arrays;> > class> UnionFind {> > >private> int>[] Parent;> >private> int>[] Size;> > >public> UnionFind(>int> n)> >{> >// Initialize Parent array> >Parent =>new> int>[n];> >for> (>int> i =>0>

; i   Parent[i] = i;   }     // Initialize Size array with 1s   Size = new int[n];   Arrays.fill(Size, 1);   }     // Function to find the representative (or the root   // node) for the set that includes i   public int find(int i)   {   if (Parent[i] != i) {   // Path compression: Make the parent of i the   // root of the set   Parent[i] = find(Parent[i]);   }   return Parent[i];   }     // Unites the set that includes i and the set that   // includes j by size   public void unionBySize(int i, int j)   {   // Find the representatives (or the root nodes) for   // the set that includes i   int irep = find(i);     // And do the same for the set that includes j   int jrep = find(j);     // Elements are in the same set, no need to unite   // anything.   if (irep == jrep)   return;     // Get the size of i’s tree   int isize = Size[irep];     // Get the size of j’s tree   int jsize = Size[jrep];     // If i’s size is less than j’s size   if (isize   // Then move i under j   Parent[irep] = jrep;     // Increment j's size by i's size   Size[jrep] += Size[irep];   }   // Else if j’s size is less than i’s size   else {   // Then move j under i   Parent[jrep] = irep;     // Increment i's size by j's size   Size[irep] += Size[jrep];   }   }  }    public class GFG {     public static void main(String[] args)   {   // Example usage   int n = 5;   UnionFind unionFind = new UnionFind(n);     // Perform union operations   unionFind.unionBySize(0, 1);   unionFind.unionBySize(2, 3);   unionFind.unionBySize(0, 4);     // Print the representative of each element after   // unions   for (int i = 0; i   System.out.println('Element ' + i   + ': Representative = '  + unionFind.find(i));   }   }  }    // This code is contributed by Susobhan Akhuli>

Python3

# Python program for the above approach> class> UnionFind:> >def> __init__(>self>, n):> ># Initialize Parent array> >self>.Parent>=> list>(>range>(n))> > ># Initialize Size array with 1s> >self>.Size>=> [>1>]>*> n> > ># Function to find the representative (or the root node) for the set that includes i> >def> find(>self>, i):> >if> self>.Parent[i] !>=> i:> ># Path compression: Make the parent of i the root of the set> >self>.Parent[i]>=> self>.find(>self>.Parent[i])> >return> self>.Parent[i]> > ># Unites the set that includes i and the set that includes j by size> >def> unionBySize(>self>, i, j):> ># Find the representatives (or the root nodes) for the set that includes i> >irep>=> self>.find(i)> > ># And do the same for the set that includes j> >jrep>=> self>.find(j)> > ># Elements are in the same set, no need to unite anything.> >if> irep>=>=> jrep:> >return> > ># Get the size of i’s tree> >isize>=> self>.Size[irep]> > ># Get the size of j’s tree> >jsize>=> self>.Size[jrep]> > ># If i’s size is less than j’s size> >if>

isize   # Then move i under j   self.Parent[irep] = jrep     # Increment j's size by i's size   self.Size[jrep] += self.Size[irep]   # Else if j’s size is less than i’s size   else:   # Then move j under i   self.Parent[jrep] = irep     # Increment i's size by j's size   self.Size[irep] += self.Size[jrep]    # Example usage  n = 5 unionFind = UnionFind(n)    # Perform union operations  unionFind.unionBySize(0, 1)  unionFind.unionBySize(2, 3)  unionFind.unionBySize(0, 4)    # Print the representative of each element after unions  for i in range(n):   print('Element {}: Representative = {}'.format(i, unionFind.find(i)))    # This code is contributed by Susobhan Akhuli>

C#

using> System;> > class> UnionFind> {> >private> int>[] Parent;> >private> int>[] Size;> > >public> UnionFind(>int> n)> >{> >// Initialize Parent array> >Parent =>new> int>[n];> >for> (>int>

i = 0; i   {   Parent[i] = i;   }     // Initialize Size array with 1s   Size = new int[n];   for (int i = 0; i   {   Size[i] = 1;   }   }     // Function to find the representative (or the root node) for the set that includes i   public int Find(int i)   {   if (Parent[i] != i)   {   // Path compression: Make the parent of i the root of the set   Parent[i] = Find(Parent[i]);   }   return Parent[i];   }     // Unites the set that includes i and the set that includes j by size   public void UnionBySize(int i, int j)   {   // Find the representatives (or the root nodes) for the set that includes i   int irep = Find(i);     // And do the same for the set that includes j   int jrep = Find(j);     // Elements are in the same set, no need to unite anything.   if (irep == jrep)   return;     // Get the size of i’s tree   int isize = Size[irep];     // Get the size of j’s tree   int jsize = Size[jrep];     // If i’s size is less than j’s size   if (isize   {   // Then move i under j   Parent[irep] = jrep;     // Increment j's size by i's size   Size[jrep] += Size[irep];   }   // Else if j’s size is less than i’s size   else  {   // Then move j under i   Parent[jrep] = irep;     // Increment i's size by j's size   Size[irep] += Size[jrep];   }   }  }    class Program  {   static void Main()   {   // Example usage   int n = 5;   UnionFind unionFind = new UnionFind(n);     // Perform union operations   unionFind.UnionBySize(0, 1);   unionFind.UnionBySize(2, 3);   unionFind.UnionBySize(0, 4);     // Print the representative of each element after unions   for (int i = 0; i   {   Console.WriteLine($'Element {i}: Representative = {unionFind.Find(i)}');   }   }  }>

JavaScript

unionbysize(i, j) {> >let irep =>this>.find(i);>// Find the representative of the set containing i.> >let jrep =>this>.find(j);>// Find the representative of the set containing j.> > >if> (irep === jrep) {> >return>;>// Elements are already in the same set.> >}> > >let isize =>this>.size[irep];>// Size of the set including i.> >let jsize =>this>.size[jrep];>// Size of the set including j.> > >if>

(isize   // If i's size is less than j's size, make i's representative   // a child of j's representative.   this.parent[irep] = jrep;   this.size[jrep] += this.size[irep]; // Increment j's size by i's size.   } else {   // If j's size is less than or equal to i's size, make j's representative   // a child of i's representative.   this.parent[jrep] = irep;   this.size[irep] += this.size[jrep]; // Increment i's size by j's size.   if (isize === jsize) {   // If sizes are equal, increment the rank of i's representative.   this.rank[irep]++;   }   }   }>

Wyjście

Element 0: Representative = 0 Element 1: Representative = 0 Element 2: Representative = 2 Element 3: Representative = 2 Element 4: Representative = 0>

Złożoność czasowa : O(log n) bez kompresji ścieżki.

Poniżej znajduje się pełna implementacja zbioru rozłącznego z kompresją ścieżki i sumą według rang.

C++

// C++ implementation of disjoint set> > #include> using> namespace> std;> > class> DisjSet {> >int> *rank, *parent, n;> > public>:> > >// Constructor to create and> >// initialize sets of n items> >DisjSet(>int> n)> >{> >rank =>new> int>[n];> >parent =>new> int>[n];> >this>->n = n;> >makeSet();> >}> > >// Creates n single item sets> >void> makeSet()> >{> >for> (>int>

i = 0; i   parent[i] = i;   }   }     // Finds set of given item x   int find(int x)   {   // Finds the representative of the set   // that x is an element of   if (parent[x] != x) {     // if x is not the parent of itself   // Then x is not the representative of   // his set,   parent[x] = find(parent[x]);     // so we recursively call Find on its parent   // and move i's node directly under the   // representative of this set   }     return parent[x];   }     // Do union of two sets by rank represented   // by x and y.   void Union(int x, int y)   {   // Find current sets of x and y   int xset = find(x);   int yset = find(y);     // If they are already in same set   if (xset == yset)   return;     // Put smaller ranked item under   // bigger ranked item if ranks are   // different   if (rank[xset]   parent[xset] = yset;   }   else if (rank[xset]>ranga[yset]) { rodzic[yset] = xset;   } // Jeśli rangi są takie same, zwiększ // rangę.   else { rodzic[yset] = xset;   ranga[xset] = ranga[xset] + 1;   } } };    // Kod sterownika int main() { // Wywołanie funkcji DisjSet obj(5);   obj.Unia(0, 2);   obj.Unia(4, 2);   obj.Unia(3, 1);     if (obj.find(4) == obj.find(0)) cout<< 'Yes
';   else  cout << 'No
';   if (obj.find(1) == obj.find(0))   cout << 'Yes
';   else  cout << 'No
';     return 0;  }>

Jawa

// A Java program to implement Disjoint Set Data> // Structure.> import> java.io.*;> import> java.util.*;> > class> DisjointUnionSets {> >int>[] rank, parent;> >int> n;> > >// Constructor> >public> DisjointUnionSets(>int> n)> >{> >rank =>new> int>[n];> >parent =>new> int>[n];> >this>.n = n;> >makeSet();> >}> > >// Creates n sets with single item in each> >void> makeSet()> >{> >for> (>int> i =>0>

; i   // Initially, all elements are in   // their own set.   parent[i] = i;   }   }     // Returns representative of x's set   int find(int x)   {   // Finds the representative of the set   // that x is an element of   if (parent[x] != x) {   // if x is not the parent of itself   // Then x is not the representative of   // his set,   parent[x] = find(parent[x]);     // so we recursively call Find on its parent   // and move i's node directly under the   // representative of this set   }     return parent[x];   }     // Unites the set that includes x and the set   // that includes x   void union(int x, int y)   {   // Find representatives of two sets   int xRoot = find(x), yRoot = find(y);     // Elements are in the same set, no need   // to unite anything.   if (xRoot == yRoot)   return;     // If x's rank is less than y's rank   if (rank[xRoot]     // Then move x under y so that depth   // of tree remains less   parent[xRoot] = yRoot;     // Else if y's rank is less than x's rank   else if (rank[yRoot]     // Then move y under x so that depth of   // tree remains less   parent[yRoot] = xRoot;     else // if ranks are the same   {   // Then move y under x (doesn't matter   // which one goes where)   parent[yRoot] = xRoot;     // And increment the result tree's   // rank by 1   rank[xRoot] = rank[xRoot] + 1;   }   }  }    // Driver code  public class Main {   public static void main(String[] args)   {   // Let there be 5 persons with ids as   // 0, 1, 2, 3 and 4   int n = 5;   DisjointUnionSets dus =   new DisjointUnionSets(n);     // 0 is a friend of 2   dus.union(0, 2);     // 4 is a friend of 2   dus.union(4, 2);     // 3 is a friend of 1   dus.union(3, 1);     // Check if 4 is a friend of 0   if (dus.find(4) == dus.find(0))   System.out.println('Yes');   else  System.out.println('No');     // Check if 1 is a friend of 0   if (dus.find(1) == dus.find(0))   System.out.println('Yes');   else  System.out.println('No');   }  }>

Python3

# Python3 program to implement Disjoint Set Data> # Structure.> > class> DisjSet:> >def> __init__(>self>, n):> ># Constructor to create and> ># initialize sets of n items> >self>.rank>=> [>1>]>*> n> >self>.parent>=> [i>for> i>in> range>(n)]> > > ># Finds set of given item x> >def> find(>self>, x):> > ># Finds the representative of the set> ># that x is an element of> >if> (>self>.parent[x] !>=> x):> > ># if x is not the parent of itself> ># Then x is not the representative of> ># its set,> >self>.parent[x]>=> self>.find(>self>.parent[x])> > ># so we recursively call Find on its parent> ># and move i's node directly under the> ># representative of this set> > >return> self>.parent[x]> > > ># Do union of two sets represented> ># by x and y.> >def> Union(>self>, x, y):> > ># Find current sets of x and y> >xset>=> self>.find(x)> >yset>=> self>.find(y)> > ># If they are already in same set> >if> xset>=>=> yset:> >return> > ># Put smaller ranked item under> ># bigger ranked item if ranks are> ># different> >if> self>.rank[xset] <>self>.rank[yset]:> >self>.parent[xset]>=> yset> > >elif> self>.rank[xset]>>self>.rank[yset]:> >self>.parent[yset]>=> xset> > ># If ranks are same, then move y under> ># x (doesn't matter which one goes where)> ># and increment rank of x's tree> >else>:> >self>.parent[yset]>=> xset> >self>.rank[xset]>=> self>.rank[xset]>+> 1> > # Driver code> obj>=> DisjSet(>5>)> obj.Union(>0>,>2>)> obj.Union(>4>,>2>)> obj.Union(>3>,>1>)> if> obj.find(>4>)>=>=> obj.find(>0>):> >print>(>'Yes'>)> else>:> >print>(>'No'>)> if> obj.find(>1>)>=>=> obj.find(>0>):> >print>(>'Yes'>)> else>:> >print>(>'No'>)> > # This code is contributed by ng24_7.>

C#

// A C# program to implement> // Disjoint Set Data Structure.> using> System;> > class> DisjointUnionSets> {> >int>[] rank, parent;> >int> n;> > >// Constructor> >public> DisjointUnionSets(>int> n)> >{> >rank =>new> int>[n];> >parent =>new> int>[n];> >this>.n = n;> >makeSet();> >}> > >// Creates n sets with single item in each> >public> void> makeSet()> >{> >for> (>int>

i = 0; i   {   // Initially, all elements are in   // their own set.   parent[i] = i;   }   }     // Returns representative of x's set   public int find(int x)   {   // Finds the representative of the set   // that x is an element of   if (parent[x] != x)   {     // if x is not the parent of itself   // Then x is not the representative of   // his set,   parent[x] = find(parent[x]);     // so we recursively call Find on its parent   // and move i's node directly under the   // representative of this set   }   return parent[x];   }     // Unites the set that includes x and   // the set that includes x   public void union(int x, int y)   {   // Find representatives of two sets   int xRoot = find(x), yRoot = find(y);     // Elements are in the same set,   // no need to unite anything.   if (xRoot == yRoot)   return;     // If x's rank is less than y's rank   if (rank[xRoot]     // Then move x under y so that depth   // of tree remains less   parent[xRoot] = yRoot;     // Else if y's rank is less than x's rank   else if (rank[yRoot]     // Then move y under x so that depth of   // tree remains less   parent[yRoot] = xRoot;     else // if ranks are the same   {   // Then move y under x (doesn't matter   // which one goes where)   parent[yRoot] = xRoot;     // And increment the result tree's   // rank by 1   rank[xRoot] = rank[xRoot] + 1;   }   }  }    // Driver code  class GFG  {   public static void Main(String[] args)   {   // Let there be 5 persons with ids as   // 0, 1, 2, 3 and 4   int n = 5;   DisjointUnionSets dus =   new DisjointUnionSets(n);     // 0 is a friend of 2   dus.union(0, 2);     // 4 is a friend of 2   dus.union(4, 2);     // 3 is a friend of 1   dus.union(3, 1);     // Check if 4 is a friend of 0   if (dus.find(4) == dus.find(0))   Console.WriteLine('Yes');   else  Console.WriteLine('No');     // Check if 1 is a friend of 0   if (dus.find(1) == dus.find(0))   Console.WriteLine('Yes');   else  Console.WriteLine('No');   }  }    // This code is contributed by Rajput-Ji>

JavaScript

class DisjSet {> >constructor(n) {> >this>.rank =>new> Array(n);> >this>.parent =>new> Array(n);> >this>.n = n;> >this>.makeSet();> >}> > >makeSet() {> >for> (let i = 0; i <>this>.n; i++) {> >this>.parent[i] = i;> >}> >}> > >find(x) {> >if> (>this>.parent[x] !== x) {> >this>.parent[x] =>this>.find(>this>.parent[x]);> >}> >return> this>.parent[x];> >}> > >Union(x, y) {> >let xset =>this>.find(x);> >let yset =>this>.find(y);> > >if> (xset === yset)>return>;> > >if> (>this>.rank[xset] <>this>.rank[yset]) {> >this>.parent[xset] = yset;> >}>else> if> (>this>.rank[xset]>>this>.rank[yset]) {> >this>.parent[yset] = xset;> >}>else> {> >this>.parent[yset] = xset;> >this>.rank[xset] =>this>.rank[xset] + 1;> >}> >}> }> > // usage example> let obj =>new> DisjSet(5);> obj.Union(0, 2);> obj.Union(4, 2);> obj.Union(3, 1);> > if> (obj.find(4) === obj.find(0)) {> >console.log(>'Yes'>);> }>else> {> >console.log(>'No'>);> }> if> (obj.find(1) === obj.find(0)) {> >console.log(>'Yes'>);> }>else> {> >console.log(>'No'>);> }>

Wyjście

Yes No>

Złożoność czasowa : O(n) do tworzenia n zestawów pojedynczych elementów. Dwie techniki - kompresja ścieżki z połączeniem według rangi/rozmiaru, złożoność czasowa osiągnie prawie stały czas. Okazuje się, że finał zamortyzowana złożoność czasowa to O(α(n)), gdzie α(n) jest odwrotną funkcją Ackermanna, która rośnie bardzo równomiernie (nie przekracza nawet dla n<10⁶⁰⁰około).

Złożoność przestrzeni: O(n), ponieważ musimy przechowywać n elementów w strukturze danych zbioru rozłącznego.

Wprowadzenie do zbioru rozłącznego (algorytm znajdowania sumy)

Co to jest struktura danych zbioru rozłącznego?

Znajdź, czy x i y należą do tej samej grupy, czy nie, tj. sprawdź, czy x i y są bezpośrednimi/pośrednimi przyjaciółmi.

Stosowane struktury danych to:

Operacje na strukturach danych na zbiorach rozłącznych:

1. Znajdź:

C++

Jawa

Python3

C#

JavaScript

2. Unia:

C++

Jawa

Python3

C#

JavaScript

Optymalizacje (suma według rangi/rozmiaru i kompresji ścieżki):

Kompresja ścieżki (Modyfikacje Find()):

C++

Jawa

Python3

C#

JavaScript

Związek według rangi :

C++

Jawa

Python3

C#

JavaScript

Unia według rozmiaru:

C++

Jawa

Python3

C#

JavaScript

Poniżej znajduje się pełna implementacja zbioru rozłącznego z kompresją ścieżki i sumą według rang.

C++

Jawa

Python3

C#

JavaScript