Java 并查集的Java实现(使用HashMap)

sven · 2019-11-27 20:13:13 · 热度: 42

并查集的定义:

并查集,在一些有N个元素的集合应用问题中,我们通常是在开始时让每个元素构成一个单元素的集合,然后按一定顺序将属于同一组的元素所在的集合合并,其间要反复查找一个元素在哪个集合中。

这一类问题近几年来反复出现在信息学的国际国内赛题中,其特点是看似并不复杂,但数据量极大,若用正常的数据结构来描述的话,往往在空间上过大,计算机无法承受;即使在空间上勉强通过,运行的时间复杂度也极高,根本就不可能在比赛规定的运行时间(1~3秒)内计算出试题需要的结果,只能用并查集来描述。
并查集是一种树型的数据结构,用于处理一些不相交集合(Disjoint Sets)的合并及查询问题。

常常在使用中以森林来表示。

并查集的功能:

1、找到某个节点的头节点
2、查询两个节点是否在同一个集合里
3、合并两个集合

并查集的Java实现:

public static class Node {
        // Node可以是任意的类型 int, String等等
    }

    public static class UnionFind {
        public HashMap<Node, Node> fatherMap; // 用来存放每个节点的头节点
        public HashMap<Node, Integer> sizeMap; // 用来保存每个集合的大小

        public UnionFind() {
            fatherMap = new HashMap<Node, Node>();
            sizeMap = new HashMap<Node, Integer>();
        }

        public void makeSet(List<Node> nodes) {
            fatherMap.clear();
            sizeMap.clear();
            for (Node node : nodes) {
                fatherMap.put(node, node); // 每个节点单独成为一个集合,头节点指向自己
                sizeMap.put(node, 1); // 初始化时每个集合的大小为1
            }
        }

        private Node findHead(Node node) {
            Node father = fatherMap.get(node);
            while (father != node) {
                father = findHead(father); // 递归向上找
            }
            fatherMap.put(node, father); // 每次递归时都把每个节点的父节点直接指向头节点
            return father;
        }

        public boolean isSameSet(Node aNode, Node bNode) {
            return findHead(aNode) == findHead(bNode);
        }

        public void union(Node aNode, Node bNode) {
            if (aNode == null || bNode == null) {
                return;
            }
            Node aHead = findHead(aNode);
            Node bHead = findHead(bNode);
            if (aHead != bHead) {
                int aSize = sizeMap.get(aHead);
                int bSize = sizeMap.get(bHead);
                if (aSize <= bSize) {
                    fatherMap.put(aHead, bHead);
                    sizeMap.put(bHead, aSize + bSize);
                } else {
                    fatherMap.put(bHead, aHead);
                    sizeMap.put(aHead, aSize + bSize);
                }
            }
        }
    }

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