基础算法合集-并查集

1.概念

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。 并查集的思想是用一个数组表示了整片森林（parent），树的根节点唯一标识了一个集合，我们只要找到了某个元素的的树根，就能确定它在哪个集合里

2.如何实现

我推荐听这个视频(老师是边写代码,边画图), 讲起来很通俗, 画的图也很直观。 如果后续刷题的时候忘了就再看一遍,几分钟的视频也不会花费你很多时间。

进阶数据结构和算法-249-图-并查集-2_哔哩哔哩_bilibili

3.代码实现

核心代码部分

class DisjointSet{
    int[] s;
    public DisjointSet(int size){
        s=new int[size];
        for(int i=0;i<size;i++){
            s[i]=i;
        }
        public int find(int x){
            if(x==s[x]){
                return x;
            }
            return find(x);
        }
        public void union(int x,int y){
            s[y]=x;
        }
    }
}
public class Main {
	public static void main(String[] args) {
	    DisjointSet set=new DisjointSet(7);	
	}
}

下面我们通过一道题来帮助你入门并查集

题目描述

给定一个列表 accounts，每个元素 accounts[i] 是一个字符串列表，其中第一个元素 accounts[i][0] 是 名称 (name) ，其余元素是 emails 表示该账户的邮箱地址。 现在，我们想合并这些账户。如果两个账户都有一些共同的邮箱地址，则两个账户必定属于同一个人。请注意，即使两个账户具有相同的名称，它们也可能属于不同的人，因为人们可能具有相同的名称。一个人最初可以拥有任意数量的账户，但其所有账户都具有相同的名称。 合并账户后，按以下格式返回账户：每个账户的第一个元素是名称，其余元素是 按字符 ASCII 顺序排列 的邮箱地址。账户本身可以以 任意顺序 返回。

原题链接:  721. 账户合并 - 力扣（LeetCode）

 账户合并-代码实现(C++)

class DisjointSet{
public:
    vector<int> parent;
    DisjointSet(int n){
        parent.resize(n);
        for(int i=0;i<n;i++){
            parent[i]=i;
        }
    }
    int find(int x){
        if(parent[x]!=x){
            return find(parent[x]);
        }
        return parent[x];
    }
    void Union(int x,int y){
        parent[find(y)]=find(x);
    }
};
class Solution {
public:
    vector<vector<string>> accountsMerge(vector<vector<string>>& accounts) {
        int m=accounts.size();
        unordered_map<string,int> mp;
        DisjointSet uf(m);
        for(int i=0;i<m;i++){
            int n=accounts[i].size();
            for(int j=1;j<n;j++){
                string email=accounts[i][j];
                if(mp.count(email)==0){
                    mp[email]=i;
                }else{
                    uf.Union(i,mp[email]);
                }
            }
        }
        map<int,vector<string>> ms;
        for(auto& [email,idx]:mp){
            int fa=uf.find(idx);
            ms[fa].push_back(email);
        }
        vector<vector<string>> ans;
        for(auto& [idx,email]: ms){
            vector<string> userAccount;
            userAccount.push_back(accounts[idx][0]);
            vector<string> sortedEmail=email;
            sort(sortedEmail.begin(),sortedEmail.end());
            userAccount.insert(userAccount.end(),sortedEmail.begin(),sortedEmail.end());
            ans.push_back(userAccount);
        }
        return ans;
    }
};
/*
[["John", "johnsmith@mail.com", "john00@mail.com"], 
["John", "johnnybravo@mail.com"], 
["John", "johnsmith@mail.com", "john_newyork@mail.com"], 
["Mary", "mary@mail.com"]]

[["John", 'john00@mail.com', 'john_newyork@mail.com', 'johnsmith@mail.com'],  
["John", "johnnybravo@mail.com"],
["Mary", "mary@mail.com"]]
只要邮箱地址有相同的就能进行合并, 结果按任意顺序返回
*/

 账户合并-代码实现(Java)

class UnionFind {
    int[] parent;

    public UnionFind(int n) {
        parent = new int[n];
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            parent[i] = i;
        }
    }

    public void union(int index1, int index2) {
        parent[find(index2)] = find(index1);
    }

    public int find(int index) {
        if (parent[index] != index) {
            parent[index] = find(parent[index]);
        }
        return parent[index];
    }
}
class Solution {
    public List<List<String>> accountsMerge(List<List<String>> accounts) {
       int m=accounts.size();
       Map<String,Integer> hm1=new HashMap<>(); 
       UnionFind uf=new UnionFind(m);
       for(int i=0;i<m;i++){
          List<String> account=accounts.get(i);
          int n=account.size();
          for(int j=1;j<n;j++){
            String email=account.get(j);
            if(!hm1.containsKey(email)){
                hm1.put(email,i);
            }else{
                uf.union(i,hm1.get(email));
            }
          }
       }
       Map<Integer,List<String>> hm2=new TreeMap<>();
       for(Map.Entry<String,Integer> e: hm1.entrySet()){
         String email = e.getKey();
         int idx=e.getValue();
         int fa=uf.find(idx);
         if(!hm2.containsKey(fa)){
            hm2.put(fa,new ArrayList<String>());
         }
         hm2.get(fa).add(email);
       }
       List<List<String>> ans=new ArrayList<>();
       for(Map.Entry<Integer,List<String>> e:hm2.entrySet()){
          int idx=e.getKey();
          List<String> x=e.getValue();
          Collections.sort(x);
          List<String> tmp=new ArrayList<>();
          tmp.add(accounts.get(idx).get(0));
          tmp.addAll(x);
          ans.add(tmp);
       }
       return ans;
    }
}

实现思路

解题思路的话,其实就是按题目模拟就行, 在阅读代码的时候, 可能会有的疑问我来解释一下

unordered_map<string,int> mp;

它用来记录：

每个 邮箱地址 (email) 对应的账户索引 (index)。

换句话说：

当我们在遍历每个账户的邮箱时，

• 如果某个邮箱第一次出现，就把它存进哈希表，并记录这个邮箱来自哪个账户（用 i 表示账户下标）。
• 如果某个邮箱已经在哈希表里出现过了，说明当前账户和之前的那个账户是同一个人的（因为有相同邮箱），所以就用并查集合并它们。(合并账户)

举个例子帮助理解：

假如输入是：

accounts = [
  ["John", "a@mail.com", "b@mail.com"],
  ["Mary", "c@mail.com"],
  ["John", "b@mail.com", "d@mail.com"]
]

步骤	遍历到的账户	邮箱	emailToIndex 记录	并查集操作
1	账户0 ("John")	a@mail.com	a@mail.com -> 0	无
2	账户0 ("John")	b@mail.com	b@mail.com -> 0	无
3	账户1 ("Mary")	c@mail.com	c@mail.com -> 1	无
4	账户2 ("John")	b@mail.com	已存在 -> 0	合并账户2和账户0
5	账户2 ("John")	d@mail.com	d@mail.com -> 2	无

作用总结一句话：

mp 用于快速判断邮箱是否出现过，并帮助找到它第一次出现的账户，从而用并查集把这些账户合并在一起，归属到同一个人。

map<int,vector> ms;
这个 map<int, vector<string>> ms 主要用于在合并完账户后，按照每个合并后的用户收集他们的所有邮箱地址

作用：

它用来记录：

每个并查集的根节点（也就是合并后的“代表账户”的索引）对应的所有邮箱列表

为什么要用它？

因为同一个人可能有多个账户，这些账户通过相同的邮箱地址被并查集合并在了一起。
最后我们需要知道每个合并后的人的所有邮箱地址。
这时候：

ms 的 key 是并查集的根节点索引（代表这个人的账户索引）。
value 是这个人的所有邮箱地址的集合。

结合例子来看：

比如这个例子：

accounts = [
  ["John", "a@mail.com", "b@mail.com"],
  ["Mary", "c@mail.com"],
  ["John", "b@mail.com", "d@mail.com"]
]

经过并查集合并后：

• 账户 0 和 账户 2 是同一个人（因为都有 "b@mail.com"）。
• 账户 1 是 Mary。

那么 indexToEmails 大概是：

{
  0: ["a@mail.com", "b@mail.com", "d@mail.com"],  // John
  1: ["c@mail.com"]                               // Mary
}

vector<vector> ans; (往ans里面填充答案即可)

如何将vector<string> b, 追加到vector<string> a的结尾呢, 这里推荐使用insert这个成员函数
insert方法可以将一个容器的内容插入到另一个容器的指定位置。如果你想将`cnt`追加到`ans`的末尾，可以这样写：
    ans.insert(ans.end(), cnt.begin(), cnt.end());
    这里的ans.end()表示插入的位置是ans的末尾，cnt.begin()和cnt.end()分别表示要插入的内容的范围