python实现一个简单的并查集的示例代码

yipeiwu_com5年前Python基础

并查集是一种树型的数据结构,用于处理一些不相交集合的合并及查询问题。常常在使用中以森林来表示。

并查集有三种基本操作,获得根节点,判断两节点是否连通,以及将两不连通的节点相连(相当于将两节点各自的集合合并)

用UnionFind类来表示一个并查集,在构造函数中,初始化一个数组parent,parent[i]表示的含义为,索引为i的节点,它的直接父节点为parent[i]。初始化时各个节点都不相连,因此初始化parent[i]=i,让自己成为自己的父节点,从而实现各节点不互连。

  def __init__(self, n):
    self.parent = list(range(n))

由于parent[i]仅表示自己的直接父节点,查询两个节点是否相交需要比较它们的根节点是否相同。因此要封装一个查询自己根节点的方法。

  def get_root(self, i):
    while i != self.parent[i]:
      i = self.parent[i]

    return i

接下来可以通过来比较根节点是否相同来判断两节点是否连通。

  def is_connected(self, i, j):
    return self.get_root(i) == self.get_root(j)

当要连通两个节点时,我们要将其中一个节点的根节点的parent,设置为另一个节点的根节点。注意,连通两个节点并非仅仅让两节点自身相连,实际上是让它们所属的集合实现合并。

  def union(self, i, j):
    i_root = self.get_root(i)
    j_root = self.get_root(j)
    self.parent[i_root] = j_root

接下来我们做两个小优化。

由于调用get_root时需要通过不断找自己的直接父节点,来寻找根节点,如果这棵树的层级过深,会导致性能受到严重影响。因此我们需要在union时,尽可能的减小合并后的树的高度。

在构造函数中新建一个数组rank,rank[i]表示节点i所在的集合的树的高度。

因此,当合并树时,分别获得节点i和节点j的root i_root和j_root之后,我们通过访问rank[i_root]和rank[j_root]来比较两棵树的高度,将高度较小的那棵连到高度较高的那棵上。如果高度相等,则可以随便,并将rank值加一。

  def union(self, i, j):
    i_root = self.get_root(i)
    j_root = self.get_root(j)

    if self.rank[i_root] == self.rank[j_root]:
      self.parent[i_root] = j_root
      self.rank[j_root] += 1
    elif self.rank[i_root] > self.rank[j_root]:
      self.parent[j_root] = i_root
    else:
      self.parent[i_root] = j_root

通过对union操作的改良可以防止树的高度过高。我们还可以对get_root操作本身进行优化。

当前每次执行get_root时,需要一层一层的找到自己的父节点,很费时。由于根节点没有父节点,并且文章开始处提到过如果一个节点没有父节点,那么它的父节点就是自己,因此可以说只有根节点的父节点是自己本身。现在我们加上一个判断,判断当前节点的父节点是否为根节点,如果不为根节点,就递归地将自己的父节点设置为根节点,最后返回自己的父节点。

  def get_root(self, i):
    if self.parent[i] != self.parent[self.parent[i]]:
      self.parent[i] = self.get_root(self.parent[i])
    return self.parent[i]

以上是python实现一个简单的并查集的方式。希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持【听图阁-专注于Python设计】。

相关文章

PyQt5 pyqt多线程操作入门

首先来看一个例子: # coding=utf-8 __author__ = 'a359680405' from PyQt5.QtCore import * from PyQ...

解决Python安装时报缺少DLL问题【两种解决方法】

解决Python安装时报缺少DLL问题【两种解决方法】

准备开始学习Python,但是刚准备环境搭建时就遇到了下面的错误: 仔细的看了看,说是缺少DLL。 对于这个问题的解决办法: 方法一: 1. 在安装包上点右键以管理员身份运行 2. C...

python 基本数据类型占用内存空间大小的实例

python中基本数据类型和其他的语言占用的内存空间大小有很大差别 import sys a = 100 b = True c = 100L d = 1.1 e ="" f = []...

理想高通滤波实现Python opencv示例

理想高通滤波实现Python opencv示例

理想高通滤波实现 python opencv import numpy as np import cv2 from matplotlib import pyplot as plt...

Python基础学习之函数方法实例详解

本文实例讲述了Python基础学习之函数方法。分享给大家供大家参考,具体如下: 前言 与其他编程语言一样,函数(或者方法)是组织好的,可重复使用的,用来实现单一,或相关联功能的代码段。...