畅通工程系列(并查集+最小生成树)

并查集:两个点是否具有直接或者间接的联系,就如同一棵树上的树干,即使不直接相连,具有相同的树根(根节点),也可认为有联系。并查集的函数就是判断两个数是否具有联系,并且建立联系。可归结为两个模板代码:

pre[i]=j;             //意为i的根节点是j
int find(int x){     //寻找x的根节点 
	int r=x;
	while(pre[r]!=r) //x的根节点不是自身,而为pre[r] 
	    r=pre[r];        //把 x的根节点作为返回值 
	return r;
}
int join(int x,int y){     //建立x,y的联系 
	int fx=find(x),fy=find(y);
	if(fx!=fy)             //二者的根节点不同 
	    pre[fx]=fy;            //把y的根节点付给x 
}

最小生成树:给出数个点及每两个点之间的权值,建立每两个点之间的联系(即为只有一个根节点),所用的权值最小,即为最小生成树。主要是利用Prim算法和Kruskal算法,这里讲一下Kruskal算法。(Prim算法不会学,会了会再来补充)

Kruskal算法:

给出两点及其权值,多组。根据权值,对着多组数据进行从小到大的排序。先把每个点都看作仅有自己的一个点的树,然后把权值小的逐渐加进来,直到形成一棵树。听着比较抽象,看例题便很容易就理解了。

下面有四道经典的并查集+最小生成树,都是模板。

第一题:(并查集入门模板)畅通工程(HDU1232)


Problem Description

某省调查城镇交通状况,得到现有城镇道路统计表,表中列出了每条道路直接连通的城镇。省政府“畅通工程”的目标是使全省任何两个城镇间都可以实现交通(但不一定有直接的道路相连,只要互相间接通过道路可达即可)。问最少还需要建设多少条道路? 

Input

测试输入包含若干测试用例。每个测试用例的第1行给出两个正整数,分别是城镇数目N ( < 1000 )和道路数目M;随后的M行对应M条道路,每行给出一对正整数,分别是该条道路直接连通的两个城镇的编号。为简单起见,城镇从1到N编号。 
注意:两个城市之间可以有多条道路相通,也就是说
3 3
1 2
1 2
2 1
这种输入也是合法的
当N为0时,输入结束,该用例不被处理。 

Output

对每个测试用例,在1行里输出最少还需要建设的道路数目。 

Sample Input

4 2

1 3

4 3

3 3

1 2

1 3

2 3

5 2

1 2

3 5

999 0

0

Sample Output

1

0

2

998

Hint

Hint Huge input, scanf is recommended.


解题思路:输入一行包括两个数(两个节点),给两个节点建立联系。最后统计共有几个根节点,分析题意可知,最后需要新添的道路条数等于目前节点所划分的部分个数减一(即为根节点总数减一)。

AC代码:

#include<cstdio>
#include<iostream>
#include<cmath>
#include<algorithm>
using namespace std;
int n,m;
int pre[10005];  
           
int find(int x){             //find()函数用来寻找x的根节点 
	int r=x;
	while(pre[r]!=r)  
		r=pre[r]; 	        
	return r;
}

int join(int x,int y){     //join函数用来给两个数建立联系 
	int fx=find(x),fy=find(y);
	if(fx!=fy)              
		pre[fx]=fy;             
}

int main(){
	while(~scanf("%d %d",&n,&m))
	{
		if(n==0)
			break;
		int a,b;
		for(int i=1;i<=n;i++)
			pre[i]=i;         //初始化,令每个点先以自身为根节点 
		for(int i=1;i<=m;i++)
		{
			scanf("%d %d",&a,&b);
			join(a,b);        //给a,b建立联系 
		}
		int sum=0;            //sum用来计算根节点的个数 
		for(int i=1;i<=n;i++)
		{
		 
			if(pre[i]==i)          //为根节点的特征即为所对应pre[]保存的值为自己本身 
				sum++;
		} 
		printf("%d\n",sum-1);
	} 
	return 0;
}

第二题:(最小生成树模板)还是畅通工程(HDU 1233)


Problem Description

某省调查乡村交通状况,得到的统计表中列出了任意两村庄间的距离。省政府“畅通工程”的目标是使全省任何两个村庄间都可以实现公路交通(但不一定有直接的公路相连,只要能间接通过公路可达即可),并要求铺设的公路总长度为最小。请计算最小的公路总长度。

Input

测试输入包含若干测试用例。每个测试用例的第1行给出村庄数目N ( < 100 );随后的N(N-1)/2行对应村庄间的距离,每行给出一对正整数,分别是两个村庄的编号,以及此两村庄间的距离。为简单起见,村庄从1到N编号。
当N为0时,输入结束,该用例不被处理。

Output

对每个测试用例,在1行里输出最小的公路总长度。

Sample Input

3
1 2 1
1 3 2 
2 3 4 
4 
1 2 1 
1 3 4 
1 4 1 
2 3 3 
2 4 2 
3 4 5 
0
Sample Output
3 
5
Hint
Hint  Huge input, scanf is recommended.

解题思路:利用结构体存储输入多组两个点及其权值,按照权值的大小排序。以权值最小的两个点开始生成树,直到生成节点数减一条边边为止。

AC代码如下:

#include<iostream> 
#include<cmath>
#include<cstdio>
#include<algorithm>
using namespace std;
int n,m;
int pre[10005];
int a,b,c;
struct edge{
	int a;
	int b;
	int val;
}e[10005];        //存储输入的两个点,及其权值 
bool cmp(edge e1,edge e2){
	return e1.val <e2.val ;//定义结构体排序,按照权值的值升序排列 
}
int find(int x){
	int r=x;
	while(pre[r]!=r)
	r=pre[r];
	return r;
}
int join(int x,int y){
	int fx=find(x),fy=find(y);
	if(fx!=fy)
	pre[fx]=fy;
}
int main(){
	while(~scanf("%d",&n)){
     if(n==0)
	 	break;
	 m=n*(n-1)/2;
	 
	 for(int i=1;i<=n;i++)
	 	pre[i]=i;
	 for(int i=1;i<=m;i++)
	 	scanf("%d %d %d",&e[i].a ,&e[i].b ,&e[i].val );
	 
	
		sort(e+1,e+m+1,cmp);       //对结构体数组进行排列 
	 		int sum=0,road=1;      //road用来记录生成的路的个数,初始为1,等于节点个数时跳出循环 
	 		for(int i=0;i<=m;i++)
	 		{
	 			if(find(e[i].a )!=find(e[i].b)) 
	 			{
					join(e[i].a ,e[i].b );
	 				sum+=e[i].val ;
	 				road++;
	 		   }
	 			if(road==n)
	 			break;
			 }
			 printf("%d\n",sum);
	}
	return 0;
}

博主还是蒟蒻一枚,如果有错误或者疑问,欢迎指出呀

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