算到怀疑人生！如何用并查集解决朋友圈个数问题？
作者 | channingbreeze
责编 | 郭芮
小史是一个应届生，虽然学的是电子专业，但是自己业余时间看了很多互联网与编程方面的书，一心想进BAT互联网公司。
今天小史去了一家社交小巨头公司面试了。
面试现场
面试官：举个例子，比如现在有5个宠物，分别是小猫1，小猫2，小猫3，小狗1，小狗2。再告诉你小猫1和小狗1是好朋友，小猫2和小狗1是好朋友，小猫3和小狗2是好朋友。这样它们之间就形成了2个朋友圈。
小史：先对宠物们编号，然后一对好友关系就用一个bitmap来存。判断两个bitmap之间是否有交集，只需要进行与操作。而融合的话只需要进行并操作。
小史在纸上画了半天进行思考。一分钟过去了。
小史：我好像知道了，可以在遍历好友关系的同时，把他们进行合并，我用双向链表来做。初始时，每个宠物都是一个单独的节点，而一对好友关系过来的时候，先判断两个节点是否在同一个链表中，如果不在，就把两个节点所在的链表头尾相连，形成一个新链表。
一分钟过去了。
请教大神
回到学校，小史把面试情况和吕老师说了一下。
小史：这个我早就考虑到了，1和3是好朋友，并不是连接1和3，而是去找1的根和3的根，发现他们都是2，所以他们本来就在一个朋友圈，不需要相连。
并查集
小史：哦，对，堆也是一种树，但是它是二叉树，而且是完全二叉树，所以才能用数组存，并且用坐标的方式计算父亲孩子节点。
吕老师：今天的树同样可以用数组存，初始时刻数组中都是-1，当有两个节点需要合并时，只需要将其中一个数的根的值设为另一个数的根的下标就行。
小史在纸上划拉半天，终于有点明白了。
理解了算法之后，小史的代码写起来也是非常快，不一会儿就写好了。
UnionFindSet.java
/**
* @author xiaoshi on 2018/11/4.
*/
public class UnionFindSet {
// 存储并查集
private int[] elements;
UnionFindSet(int n) {
// 初始都为-1
elements = new int[n];
for (int i = 0; i < n; i++) {
elements[i] = -1;
}
}
// 找到一个数的根
public int find(int x) {
while(elements[x] != -1) {
x = elements[x];
}
return x;
}
// 把两个数的根连起来
public void union(int x, int y) {
// x的根
int rootx = find(x);
// y的根
int rooty = find(y);
// 如果不是同一个根就连起来
if(rootx != rooty) {
elements[rootx] = rooty;
}
}
// 计算形成了多少颗树
public int count() {
int count = 0;
for(int i=0; i<elements.length; i++) {
if(elements[i] == -1) {
count++;
}
}
return count;
}
// 打印并查集
public void print() {
for(int i=0; i<elements.length; i++) {
System.out.print(elements[i] + " ");
}
System.out.println();
}
}Main.java
/**
* @author xiaoshi on 2018/11/4.
*/
public class Main {
public static void main(String[] args) {
UnionFindSet ufs = new UnionFindSet(10);
ufs.union(0, 1);
ufs.union(0, 2);
ufs.union(3, 4);
ufs.union(3, 1);
ufs.union(5, 7);
ufs.union(7, 8);
ufs.union(7, 8);
System.out.println(ufs.count());
}
}运行结果
4
基于树高度的合并优化
吕老师：1和2是好朋友，2和3是好朋友，3和4是好朋友，4和5是好朋友。
理解了算法之后，小史的代码写起来也是非常快，不一会儿就写好了。
UnionFindSetMergeOptimize.java
/**
* @author xiaoshi on 2018/11/4.
*/
public class UnionFindSetMergeOptimize {
// 存储并查集
private int[] elements;
// 存储树的高度
private int[] heights;
UnionFindSetMergeOptimize(int n) {
elements = new int[n];
heights = new int[n];
for (int i = 0; i < n; i++) {
// 初始都为-1
elements[i] = -1;
// 初始高度1
heights[i] = 1;
}
}
// 找到一个数的根
public int find(int x) {
while(elements[x] != -1) {
x = elements[x];
}
return x;
}
// 把两个数的根连起来
public void union(int x, int y) {
// x的根
int rootx = find(x);
// y的根
int rooty = find(y);
// 如果不是同一个根就连起来
if(rootx != rooty) {
// 矮树向高树合并
if(heights[rootx] > heights[rooty]) {
elements[rooty] = rootx;
} else if(heights[rootx] < heights[rooty]) {
elements[rootx] = rooty;
} else {
// 如果高度相同，随便合并
elements[rootx] = rooty;
// 但是记得合并后高度加一
heights[rooty]++;
}
}
}
// 计算形成了多少颗树
public int count() {
int count = 0;
for(int i=0; i<elements.length; i++) {
if(elements[i] == -1) {
count++;
}
}
return count;
}
// 打印并查集
public void print() {
for(int i=0; i<elements.length; i++) {
System.out.print(elements[i] + " ");
}
System.out.println();
for(int i=0; i<heights.length; i++) {
System.out.print(heights[i] + " ");
}
System.out.println();
}
}Main.java
/**
* @author xiaoshi on 2018/11/4.
*/
public class Main {
public static void main(String[] args) {
UnionFindSetMergeOptimize ufsmo = new UnionFindSetMergeOptimize(10);
ufsmo.union(0, 1);
ufsmo.union(1, 2);
ufsmo.union(2, 3);
ufsmo.union(3, 4);
ufsmo.union(4, 5);
ufsmo.union(5, 6);
ufsmo.union(6, 7);
ufsmo.union(7, 8);
ufsmo.union(8, 9);
System.out.println(ufsmo.count());
}
}
运行结果
1
路径压缩优化
理解了算法之后，小史的代码写起来也是非常快，不一会儿就写好了。
UnionFindSetPathOptimize.java
/**
* @author xiaoshi on 2018/11/4.
*/
public class UnionFindSetPathOptimize {
// 存储并查集
private int[] elements;
UnionFindSetPathOptimize(int n) {
// 初始都为-1
elements = new int[n];
for (int i = 0; i < n; i++) {
elements[i] = -1;
}
}
// 找到一个数的根
public int find(int x) {
// 保存原始x值
int originX = x;
// 找到根
while(elements[x] != -1) {
x = elements[x];
}
// 把这一路的节点全部直接连到根上
while(originX != x) {
int tempX = originX;
originX = elements[originX];
elements[tempX] = x;
}
return x;
}
// 把两个数的根连起来
public void union(int x, int y) {
// x的根
int rootx = find(x);
// y的根
int rooty = find(y);
// 如果不是同一个根就连起来
if(rootx != rooty) {
elements[rootx] = rooty;
}
}
// 计算形成了多少颗树
public int count() {
int count = 0;
for(int i=0; i<elements.length; i++) {
if(elements[i] == -1) {
count++;
}
}
return count;
}
// 打印并查集
public void print() {
for(int i=0; i<elements.length; i++) {
System.out.print(elements[i] + " ");
}
System.out.println();
}
}Main.java
/**
* @author xiaoshi on 2018/11/4.
*/
public class Main {
public static void main(String[] args) {
UnionFindSetPathOptimize ufspo = new UnionFindSetPathOptimize(10);
ufspo.union(0, 1);
ufspo.union(1, 2);
ufspo.union(2, 3);
ufspo.union(3, 4);
ufspo.union(4, 5);
ufspo.union(5, 6);
ufspo.union(6, 7);
ufspo.union(7, 8);
ufspo.union(0, 9);
System.out.println(ufspo.count());
}
}运行结果：
1看着自己写的代码，小史还是忍不住赞叹。
作者：channingbreeze，国内某互联网公司全栈开发。
声明：本文为作者投稿，版权归对方所有。
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