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c++如何实现并查集算法_c++ 路径压缩与按秩合并优化【案例】

裘德小鎮的故事

裘德小鎮的故事

发布时间:2025-12-30 16:23:02

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来源于php中文网

原创

并查集基础结构用数组模拟父节点最稳妥,parent[i]初始化为i;find需路径压缩且避免递归栈溢出;按秩合并的秩是树高上界估计值,非真实高度;完整模板应封装parent、rank并配套使用两种优化。

c++如何实现并查集算法_c++ 路径压缩与按秩合并优化【案例】

并查集基础结构怎么写才不容易出错

直接用数组模拟父节点关系最稳妥,parent[i] 表示节点 i 的父节点,初始化时设为自身。别用指针或动态对象——C++ 里下标访问快、内存连续、无构造析构干扰。

常见错误是把 find 写成递归但没处理溢出(尤其数据量大时),或者忘了在查找后更新父节点(路径压缩失效)。

  • parent 数组大小必须 ≥ 最大可能节点编号(推荐从 0 或 1 开始统一编号)
  • 初始化必须显式循环赋值:parent[i] = i,不能靠全局变量默认零初始化(除非你确定节点编号从 0 开始且全用上)
  • 合并操作前先 find 两次,比较根而非原编号

路径压缩为什么必须写在 find 里而不是 union 里

路径压缩本质是“懒更新”:只在查询根时顺手压平路径。如果只在 union 里做,那中间多次 find 仍走长链,时间复杂度退化到 O(n)。

正确做法是在 find 返回前,把当前节点的父节点直接设为根——注意不是返回根,而是改 parent[i],再返回。

立即学习C++免费学习笔记(深入)”;

int find(int x) {
    if (parent[x] != x) {
        parent[x] = find(parent[x]); // 递归压缩:先压子树,再设自己父为根
    }
    return parent[x];
}

非递归写法更省内存(防爆栈),但要多一次遍历找根再二次遍历改父:

Solvely
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int find(int x) {
    int root = x;
    while (parent[root] != root) root = parent[root];
    while (x != root) {
        int next = parent[x];
        parent[x] = root;
        x = next;
    }
    return root;
}

按秩合并的“秩”到底该存什么

这里的“秩”不是真实树高,而是**上界估计值**,仅用于决定合并方向。用 rank[i] 表示以 i 为根的树的近似深度,初始全为 0。合并时,总把秩小的树挂到秩大的根下;相等时任选其一,被挂方秩 +1。

关键点:秩只增不减,且永远 ≤ 实际树高;它和路径压缩可共存,但压缩后秩不再反映真实结构——这没关系,因为秩只服务合并决策。

  • 别把 rank 和节点数量(size)混用:按大小合并(union-by-size)是另一种优化,效果接近但语义不同
  • 如果同时用路径压缩 + 按秩合并,均摊时间复杂度是 O(α(n)),α 是反阿克曼函数,实际中 ≤ 4
  • 调试时可打印 rank[root] 观察是否合理增长,但别拿它当树高用

完整带优化的并查集模板怎么组织

parentrank 封装进 class,避免裸数组越界或生命周期错乱。构造函数接收节点数,强制初始化;提供 unite(非对称命名比 merge 更准)、samesize(需额外维护 sz[])等接口。

容易忽略的是:按秩合并与路径压缩必须配套使用才能达到最优;单独用路径压缩已够快,但加秩合并能进一步减少树高波动。

class UnionFind {
    vector parent, rank;
public:
    UnionFind(int n) : parent(n), rank(n, 0) {
        for (int i = 0; i < n; ++i) parent[i] = i;
    }
    int find(int x) {
        return parent[x] == x ? x : parent[x] = find(parent[x]);
    }
    void unite(int x, int y) {
        x = find(x); y = find(y);
        if (x == y) return;
        if (rank[x] < rank[y]) swap(x, y);
        parent[y] = x;
        if (rank[x] == rank[y]) ++rank[x];
    }
    bool same(int x, int y) { return find(x) == find(y); }
};

实际用的时候,别在 unite 里反复调 find ——上面模板已确保每次只查一次根。如果业务需要统计连通块大小,就加 vector sz 并在 unite 里同步更新。

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