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并查集与最小生成树

并查集

HDOJ-1232 畅通工程

题目: 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,输入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),求最少还需要建设的道路数量。(城镇从1到N编号)

思路:
将每组互相连通的城市视为一个不相交集合,不与其他城市连通的城市也视为一个集合。
“使任何两个城镇间都可以实现交通”即将所有集合合并为一个集合。
题目每行输入,定义该行的两个元素属于同一个集合,将这两个元素所属集合合并。
本组输入处理完成之后,满足set[i]==i的城镇均为集长(预处理: set[i]=i,i=1,2,…,n),统计这样的城镇个数,减去1,即为最少需要建设的道路数量。

#include<cstdio>
int set[1005];
//set[i]=①i,则i表示本集合,并是集合对应树的根;②j,j!=i,则j是i的父节点
int find(int x)//x为待查找城镇的编号{while(set[x]!=x) x=set[x];return x;}//输出集长
int h[1005];//h[i]代表以i为集长的集树的深度
void merge(int m1,int m2){//合并两个城镇所在的集合m1=find(m1);m2=find(m2);if(m1!=m2){//查找出两个城镇的集长,不同则合并if(h[m1]==h[m2]) {h[m1]++;set[m2]=m1;}//如果深度相同,集合m2转接至集合m1,集合m1深度+1else if(h[m1]<h[m2]) set[m1]=m2;//深度小的树合并到深度大的树else set[m2]=m1;}
}
int main(){int n;while(scanf("%d",&n)&&n){//n代表城镇数量int i,m,m1,m2;scanf("%d",&m);//m代表已有道路数量for(i=1;i<=n;i++) set[i]=i;//各个城市初始化为一个独立的集合,城市编号从1开始		for(i=1;i<=n;i++) h[i]=1;//各集树深度(层数)初始化为1while(m--){//依次读入各条道路scanf("%d%d",&m1,&m2);//m1,m2代表当前道路连通的两个城镇merge(m1,m2);}int count=0;//count代表独立集合个数for(i=1;i<=n;i++)if(set[i]==i) count++;count--;//最少建设道路数=独立集合个数-1printf("%d\n",count);}return 0;
}

HDOJ-1856 More is better

题目: 在一个房间里有10000000个男孩,他们的编号依次为1,2,…, 10000000。在各个互相认识(直接或间接)的男孩之间组成了许多的朋友圈,输入关系表,表中每行中的两个男孩直接认识,输出房间内最大的朋友圈的尺寸(包含人数)。

思路:
每组互相认识的男孩属于同一个朋友圈,将不与其他男孩认识的男孩也视为一个朋友圈。
题目的任务是确定朋友圈的最大尺寸。
题目每行输入,定义该行的两个编号对应的男孩相互认识,属于同一个朋友圈,将这两个男孩所属朋友圈合并。
开辟数组记录朋友圈尺寸,两个朋友圈合并时,将它们的尺寸相加。
本组输入处理完成之后,找出朋友圈的最大尺寸。
由于数据量较大,要进行路径压缩。

#include<cstdio>
int set[10000005];
//set[i]=①i,则i表示本集合,并是集合对应树的根;②j,j!=i,则j是i的父节点
int find(int i){//i为待查找男孩的编号int r=i;while(set[r]!=r) r=set[r];int t;while(i!=r){//修改查找路径中所有节点t=set[i];set[i]=r;//使i指向ri=t;}return r;//输出圈长
}
int h[10000005];//h[i]代表以i为圈长的集树的深度
int size[10000005];//size[i]代表以i为圈长的朋友圈的尺寸
void merge(int m1,int m2){//合并两个男孩所在的朋友圈m1=find(m1);m2=find(m2);if(m1!=m2){//查找出两个朋友圈的圈长,不同则合并if(h[m1]==h[m2]) {h[m1]++;set[m2]=m1;size[m1]+=size[m2];}//朋友圈尺寸对应合并else if(h[m1]<h[m2]) {set[m1]=m2;size[m2]+=size[m1];}else {set[m2]=m1;size[m1]+=size[m2];}}
}
int main(){int n;while(scanf("%d",&n)!=EOF){//n代表朋友对数量int i,m1,m2;for(i=1;i<=n;i++) set[i]=i;//各个男孩初始化为一个独立的朋友圈,朋友圈编号从1开始		for(i=1;i<=n;i++) {h[i]=1;size[i]=1;}//各朋友圈尺寸初始化为1for(i=1;i<=n;i++){scanf("%d%d",&m1,&m2);//m1,m2代表当前认识的两个男孩merge(m1,m2);}int max=1;//max代表朋友圈最大尺寸for(i=1;i<=n;i++)if(size[i]>max) max=size[i];printf("%d\n",max);}return 0;
}

最小生成树

给定无向图G=(V,E),连接G中所有点,且是E的子集的树称为G的生成树。所有路权值总和最小的生成树称为最小生成树。

求最小生成树的Kruskal算法步骤:
一、把原始图的N个节点看成N个独立集合;
二、所有边从短到长排序,每次选取当前最短的边,如果两端是否属于不同的集合,进行合并;
三、循环操作步骤二,直到有N-1条边;
将每个村庄看作一个结点,题目可归结为求连接所有结点的最小生成路的权值之和。

HDOJ-1233 还是畅通工程

题目: 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交通,输入现有村庄分布统计表(表中列出了任意两个村庄之间的距离),计算需要建设的最小的公路总长度。(乡村从1到N编号)

#include<cstdio>
#include<algorithm>
using namespace std;
struct road{int c1,c2;//c1,c2代表两个村庄编号int d;//d代表它们之间的距离}r[5000];
bool cmp(road x,road y){return x.d<y.d;}//距离从小到大排序
int set[105];
int find(int x){while(set[x]!=x) x=set[x];return x;}
int h[105];
int merge(int m1,int m2){m1=find(m1),m2=find(m2);if(m1!=m2){//查找出两个村庄的集长,不同则合并if(h[m1]==h[m2]) {h[m1]++;set[m2]=m1;}else if(h[m1]<h[m2]) set[m1]=m2;else set[m2]=m1;return 1;}return 0;
}
int main(){int n,i;while(scanf("%d",&n)&&n){//n代表村庄数量int nm=n*(n-1)/2;for(i=0;i<nm;i++)//依次读入各村庄间距离scanf("%d%d%d",&r[i].c1,&r[i].c2,&r[i].d);sort(r,r+nm,cmp);		for(i=1;i<=n;i++) set[i]=i;		for(i=1;i<=n;i++) h[i]=1;int sn=0;//sn代表已经建造的道路数量int sd=0;//sd代表已经建造的道路里程for(i=0;i<nm;i++){if(merge(r[i].c1,r[i].c2)==1)//进行了合并{sn+=1;//新建一条道路sd+=r[i].d;}//两村庄间距离计入道路里程if(sn==n-1) break;}printf("%d\n",sd);}return 0;
}

HDOJ-1879 继续畅通工程

题目: 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交通,输入现有村庄道路统计表(表中列出了任意两个乡村间修建道路的费用,以及该道路是否已经修通的状态),计算全省畅通需要的最低成本。(乡村从1到N编号)

【思路】本题坑点:有些村庄已经连通,建造这些已经连通的道路所需成本(即权值)应该记为0。

#include<cstdio>
#include<algorithm>
using namespace std;
struct road{int c1,c2;//c1,c2代表两个村庄编号int d;//d代表此两村庄间道路的成本}r[5000];
bool cmp(road x,road y){return x.d<y.d;}//距离从小到大排序
int set[105];
int find(int x){while(set[x]!=x) x=set[x];return x;}
int h[105];
int merge(int m1,int m2){m1=find(m1),m2=find(m2);if(m1!=m2){//查找出两个村庄的集长,不同则合并if(h[m1]==h[m2]) {h[m1]++;set[m2]=m1;}else if(h[m1]<h[m2]) set[m1]=m2;else set[m2]=m1;return 1;}return 0;
}
int main(){int n,i;while(scanf("%d",&n)&&n){//n代表村庄数量int nm=n*(n-1)/2;int s;//s代表当前道路修建状态for(i=0;i<nm;i++)//依次读入各村庄间道路{scanf("%d%d%d%d",&r[i].c1,&r[i].c2,&r[i].d,&s);if(s==1) r[i].d=0;}//如果道路已修建,未来成本为0sort(r,r+nm,cmp);		for(i=1;i<=n;i++) set[i]=i;for(i=1;i<=n;i++) h[i]=1;int sn=0;//sn代表已经建造的道路数量int sd=0;//sd代表累计花费的成本for(i=0;i<nm;i++){if(merge(r[i].c1,r[i].c2)==1)//进行了合并{sn+=1;//新建一条道路sd+=r[i].d;}//计入成本if(sn==n-1) break;}printf("%d\n",sd);}return 0;
}

HDOJ-1875 畅通工程再续

题目: 有一个叫“百岛湖”的地方,其中的居民生活在不同的小岛上。该景区“畅通工程”的目标是通过在符合条件的岛间建桥(如果2个小岛之间的距离d满足10<=d<=1000,则符合条件)使全湖任何两个小岛间都可以实现陆上交通。输入各小岛的位置坐标,桥的价格为 100元/米,计算全湖畅通需要的最低成本。

思路:
最小生成树。
相比1007变化之处:需要自行计算各小岛间距离;建桥对距离有要求。

#include<cstdio>
#include<cmath>
#include<algorithm>
using namespace std;
struct dao{int num;//num代表小岛编号int x,y;//x,y代表小岛坐标}xd[105];
struct road{int num1,num2;//num1,num2代表两个小岛编号double d;//d代表两个小岛间距离}r[5000];
bool cmp(road x,road y){return x.d<y.d;}
int set[105];
int find(int x){while(set[x]!=x) x=set[x];return x;}
int h[105];
int merge(int m1,int m2){m1=find(m1),m2=find(m2);if(m1!=m2){if(h[m1]==h[m2]) {h[m1]++;set[m2]=m1;}else if(h[m1]<h[m2]) set[m1]=m2;else set[m2]=m1;return 1;}return 0;
}
int main(){int t,c,i,j;scanf("%d",&t);while(t--){scanf("%d",&c);//c代表小岛数量for(i=1;i<=c;i++)//依次发放小岛编号,读入坐标{xd[i].num=i;scanf("%d%d",&xd[i].x,&xd[i].y);}double dis;//dis代表当前两个小岛间距离int cm=0;//cm代表长度符合条件的道路数量for(i=1;i<=c;i++)for(j=i+1;j<=c;j++){//依次计算小岛间距离dis=sqrt((xd[i].x-xd[j].x)*(xd[i].x-xd[j].x)+(xd[i].y-xd[j].y)*(xd[i].y-xd[j].y));if(dis>=10&&dis<=1000) {cm++;r[cm].num1=i;r[cm].num2=j;r[cm].d=dis;}}if(cm>=c-1){sort(r+1,r+1+cm,cmp);		for(i=1;i<=c;i++) set[i]=i;for(i=1;i<=c;i++) h[i]=1;int sn=0;//sn代表已经建造的道路数量double sd=0;//sd代表累计建造的道路里程for(i=1;i<=cm;i++){if(merge(r[i].num1,r[i].num2)==1)//进行了合并{sn+=1;//新建一条道路sd+=r[i].d;}//计入里程if(sn==c-1) break;}printf("%.1lf\n",100.0*sd);}else printf("oh!\n");}return 0;
}

POJ-2031 Building a Space Station

题目:
空间站由多个半径不同的球形单元组成。反常的是,两个单元可以彼此接触,甚至可以有交叉重叠。
输入各单元的三维坐标和半径。试将所有单元用走廊连接起来(走廊的端点在单元的表面上),并使走廊总长度最短。(两个接触或交叉重叠的单元视为已连接)

思路:
最小生成树
接触或交叉重叠判定:球心距<=半径之和
两个单元直接相连的最短路径并不是球心距,而是球心距-两者半径之和。

#include<cstdio>
#include<cmath>
#include<algorithm>
using namespace std;
struct dao{int num;//num代表单元编号double x,y,z,r;//x,y,z代表单元坐标,r为单元半径 }xd[105];
struct road{int num1,num2;//num1,num2代表两个单元编号double d;//d代表两个单元间距离}r[5000];
bool cmp(road x,road y){return x.d<y.d;}
int set[105];
int find(int x){while(set[x]!=x) x=set[x];return x;}
int h[105];
int merge(int m1,int m2){m1=find(m1),m2=find(m2);if(m1!=m2){if(h[m1]==h[m2]) {h[m1]++;set[m2]=m1;}else if(h[m1]<h[m2]) set[m1]=m2;else set[m2]=m1;return 1;}return 0;
}
int main(){int c,i,j;while(scanf("%d",&c)&&c){//c代表单元数量for(i=1;i<=c;i++)//依次发放单元编号,读入坐标{xd[i].num=i;scanf("%lf%lf%lf%lf",&xd[i].x,&xd[i].y,&xd[i].z,&xd[i].r);}double dis,dism;//dis代表当前两个单元球心间距离,dism为最短距离 int cm=0;//cm为尚未建设的道路数量		for(i=1;i<=c;i++) set[i]=i;for(i=1;i<=c;i++) h[i]=1;int sn=0;//sn代表已经建造的道路数量for(i=1;i<=c;i++)for(j=i+1;j<=c;j++){//依次计算单元间距离dis=sqrt(pow(xd[i].x-xd[j].x,2)+pow(xd[i].y-xd[j].y,2)+pow(xd[i].z-xd[j].z,2));dism=dis-xd[i].r-xd[j].r;if(dism>0&&fabs(dism)>1e-6) {cm++;r[cm].num1=i;r[cm].num2=j;r[cm].d=dism;}else if(merge(i,j)) sn++;//关键}double sd=0;//sd代表累计建造的道路里程if(sn<c-1){sort(r+1,r+1+cm,cmp);		for(i=1;i<=cm;i++){if(merge(r[i].num1,r[i].num2))//进行了合并{sn+=1;//新建一条道路sd+=r[i].d;}//计入里程if(sn==c-1) break;}}printf("%.3lf\n",sd);}return 0;
}

【总结】两个相连的单元,如果已经处于同一个集合,则图的边数不应增加。

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