王柳 发表于 2024-11-19 05:01:55

算法.图论-习题全集(Updating)

本节设置的意义

重要就是为了复习图论算法, 实行从标题剖析的角度,更深入的明白图论算法…
并查集篇

并查集简介以及常见技巧

并查集是一种用于大团体查找, 合并等操纵的数据结构, 常见的方法有


[*]find: 用来查找元素在大团体中的代表元素(这里使用的是扁平化的处置处罚)
[*]isSameSet: 用来查找两个元素是不是一个大团体的(其实就是find的应用)
[*]union: 用来合并两大团体的元素
关于并查集打标签的技巧, 其实我们之前的size数组也是一种打标签的逻辑, 其实打标签就是给每一个团体的代表节点打上标签即可, 另有我们在并查集的标题中通常会设置一个sets作为集合的总数量(每次合并–), 这是一个常见的技巧, 并查集的细节我们在这里不进行过多的介绍, 在之前的章节中有过细的描述…
并查集板子(洛谷)

这里我们的并查集的板子使用的是洛谷的板子(小挂大的优化都没必要其实)
// 并查集模版(洛谷)
// 本实现用递归函数实现路径压缩,而且省掉了小挂大的优化,一般情况下可以省略
// 测试链接 : https://www.luogu.com.cn/problem/P3367

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStreamWriter;
import java.io.PrintWriter;
import java.io.StreamTokenizer;

public class Main{

        public static int MAXN = 10001;

        public static int[] father = new int;

        public static int n;

        public static void build() {
                for (int i = 0; i <= n; i++) {
                        father = i;
                }
        }

        public static int find(int i) {
                if (i != father) {
                        father = find(father);
                }
                return father;
        }

        public static boolean isSameSet(int x, int y) {
                return find(x) == find(y);
        }

        public static void union(int x, int y) {
                father = find(y);
        }

        public static void main(String[] args) throws IOException {
                BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
                StreamTokenizer in = new StreamTokenizer(br);
                PrintWriter out = new PrintWriter(new OutputStreamWriter(System.out));
                while (in.nextToken() != StreamTokenizer.TT_EOF) {
                        n = (int) in.nval;
                        build();
                        in.nextToken();
                        int m = (int) in.nval;
                        for (int i = 0; i < m; i++) {
                                in.nextToken();
                                int z = (int) in.nval;
                                in.nextToken();
                                int x = (int) in.nval;
                                in.nextToken();
                                int y = (int) in.nval;
                                if (z == 1) {
                                        union(x, y);
                                } else {
                                        out.println(isSameSet(x, y) ? "Y" : "N");
                                }
                        }
                }
                out.flush();
                out.close();
                br.close();
        }

}

情侣牵手问题

https://i-blog.csdnimg.cn/direct/6ea8bd7deb724bc993e8fd054f42fb08.png#pic_center
本题的突破点就是假如一个大团体里面有 n 对情侣, 那么我们至少要互换 n - 1次(通过把情侣进行编号)
// 这次我们尝试使用轻量版的并查集来解决这道题
class Solution {

    private static final int MAX_CP = 31;

    private static final int[] father = new int;

    private static int sets = 0;

    private static int find(int i) {
      if (i != father) {
            father = find(father);
      }
      return father;
    }

    private static boolean isSameSet(int a, int b) {
      return find(a) == find(b);
    }

    private static void union(int a, int b) {
      int fa = find(a);
      int fb = find(b);
      if (fa != fb) {
            father = fb;
            sets--;
      }
    }

    // 初始化并查集
    private static void build(int n) {
      for (int i = 0; i < n; i++) {
            father = i;
      }
      sets = n;
    }

    public int minSwapsCouples(int[] row) {
      build(row.length / 2);
      for (int i = 0; i < row.length; i += 2) {
            int n1 = row / 2;
            int n2 = row / 2;
            union(n1, n2);
      }
      return row.length / 2 - sets;
    }
}
相似的字符串组

https://i-blog.csdnimg.cn/direct/f39ae24162ad4c018d9f2127cd69fcd1.png#pic_center
其实就是摆列每一个位置, 然后判定是不是一组的就OK了
// 还是使用一下轻量级的并查集板子
class Solution {

    private static final int MAX_SZ = 301;

    private static final int[] father = new int;

    private static int sets = 0;

    private static int find(int i) {
      if (i != father) {
            father = find(father);
      }
      return father;
    }

    private static boolean isSameSet(int a, int b) {
      return find(a) == find(b);
    }

    private static void union(int a, int b) {
      int fa = find(a);
      int fb = find(b);
      if (fa != fb) {
            father = fb;
            sets--;
      }
    }

    // 初始化并查集
    private static void build(int n) {
      for (int i = 0; i < n; i++) {
            father = i;
      }
      sets = n;
    }

    public int numSimilarGroups(String[] strs) {
      build(strs.length);
      // 主流程的时间复杂度是 O(n ^ 2), 遍历strs的每一个位置
      int m = strs.length();
      for (int i = 0; i < strs.length; i++) {
            for (int j = i + 1; j < strs.length; j++) {
                // 获取到两个字符串, 然后计算两个字符串的不同字符数量
                String s1 = strs;
                String s2 = strs;
                int diff = 0;
                for (int k = 0; k < m && diff < 3; k++) {
                  if (s1.charAt(k) != s2.charAt(k))
                        diff++;
                }
                if (diff == 0 || diff == 2)
                  union(i, j);
            }
      }
      return sets;
    }
}
岛屿数量(并查集做法)

https://i-blog.csdnimg.cn/direct/ce97ba405e194f16be3ccbb0667a7a68.png#pic_center
这道题的解法非常多, 比如多源 BFS , 大水添补(其实就是递归加回溯) , 另有今天介绍的并查集的方法(这个方法不是最好的)
// 这个题的并查集做法只要注意一点就可以了: 把一个二维下标转化为一维下标
class Solution {

    private static final int MAX_SZ = 301 * 301;

    private static final int[] father = new int;

    private static int sets = 0;

    private static int row = 0;

    private static int col = 0;

    // 模拟bfs的move数组
    private static final int[] move = { -1, 0, 1, 0, -1 };

    private static int find(int i) {
      if (i != father) {
            father = find(father);
      }
      return father;
    }

    private static boolean isSameSet(int a, int b) {
      return find(a) == find(b);
    }

    private static void union(int a, int b) {
      int fa = find(a);
      int fb = find(b);
      if (fa != fb) {
            father = fb;
            sets--;
      }
    }

    private static void build(char[][] grid, int rl, int cl) {
      row = rl;
      col = cl;
      sets = 0;
      for (int i = 0; i < row; i++) {
            for (int j = 0; j < col; j++) {
                if (grid == '1') {
                  sets++;
                  father = getIndex(i, j);
                }
            }
      }
    }

    public int numIslands(char[][] grid) {
      // 初始化并查集并统计 '1' 的数量
      build(grid, grid.length, grid.length);
      // 遍历grid进行合并
      for (int i = 0; i < row; i++) {
            for (int j = 0; j < col; j++) {
                // 向四个方向扩展
                if (grid == '1') {
                  for (int k = 0; k < 4; k++) {
                        int nx = i + move;
                        int ny = j + move;
                        if (nx >= 0 && nx < row && ny >= 0 && ny < col && grid == '1') {
                            union(getIndex(i, j), getIndex(nx, ny));
                        }
                  }
                }
            }
      }
      return sets;
    }

    // 二维下标转一维下标
    private static int getIndex(int i, int j) {
      return i * col + j;
    }
}
省份数量

https://i-blog.csdnimg.cn/direct/fa5aa5b0edd84eecbf9890dc1e50df2f.png#pic_center
没什么可说的, 就是一个简单的并查集的思路
class Solution {
    // 这其实也是一个并查集的题
    private static final int MAXM = 201;

    private static final int[] father = new int;

    private static final int[] size = new int;

    private static int sets = 0;

    private static int find(int i){
      if(i != father){
            father = find(father);
      }
      return father;
    }

    private static boolean isSameSet(int a, int b){
      return find(a) == find(b);
    }

    private static void union(int a, int b){
      if(!isSameSet(a, b)){
            int fa = find(a);
            int fb = find(b);
            if(size > size){
                father = fa;
                size += size;
            }else{
                father = fb;
                size += size;
            }
            sets--;
      }
    }

    private static void build(int n){
      for(int i = 0; i < n; i++){
            father = i;
            size = 1;
      }
      sets = n;
    }

    public int findCircleNum(int[][] isConnected) {
      // 初始化并查集
      build(isConnected.length);

      for(int i = 0; i < isConnected.length; i++){
            int[] info = isConnected;
            for(int j = 0; j < info.length; j++){
                if(info == 1){
                  union(i, j);
                }
            }
      }

      return sets;
    }
}
移除最多的同行或同列石头

https://i-blog.csdnimg.cn/direct/3510297afaff406f844c3b22e4aa77a6.png#pic_center
其实就是每一个团体末了都会被消成一个元素, 我们中间用哈希表加了一些关于离散化的处置处罚的技巧
// 使用一下轻量版本的并查集加上哈希表进行离散化的操作
class Solution {

    private static Map<Integer, Integer> rowFirst = new HashMap<>();
   
    private static Map<Integer, Integer> colFirst = new HashMap<>();

    private static final int MAXM = 1001;

    private static final int[] father = new int;

    private static int sets = 0;

    private static int find(int i){
      if(i != father){
            father = find(father);
      }
      return father;
    }

    private static boolean isSameSet(int a, int b){
      return find(a) == find(b);
    }

    private static void union(int a, int b){
      int fa = find(a);
      int fb = find(b);
      if(fa != fb){
            father = fb;
            sets--;
      }
    }

    // 初始化并查集
    private static void build(int n){
      for(int i = 0; i < n; i++){
            father = i;
      }
      sets = n;
    }

    public int removeStones(int[][] stones) {
      // 清空哈希表
      rowFirst.clear();
      colFirst.clear();
      // 初始化并查集
      build(stones.length);
      for(int i = 0; i < stones.length; i++){
            int row = stones;
            int col = stones;
            if(!rowFirst.containsKey(row)){
                rowFirst.put(row, i);
            }else{
                union(rowFirst.get(row), i);
            }
            if(!colFirst.containsKey(col)){
                colFirst.put(col, i);
            }else{
                union(colFirst.get(col), i);
            }
      }
      return stones.length - sets;
    }
   
}

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