Union-Find-004-Optimize-by-Rank

本文深入探讨了并查集在不同优化策略下的实现与性能对比,包括基础版本、路径压缩及按秩合并策略。通过随机生成的数据进行大量操作,演示了各版本并查集的运行效率,展示了按秩合并策略在大规模数据集上的显著优势。

UnionFind1.h

#ifndef INC_05_OPTIMIZE_BY_RANK_UNIONFIND1_H
#define INC_05_OPTIMIZE_BY_RANK_UNIONFIND1_H

#include <iostream>
#include <cassert>

using namespace std;

namespace UF1 {

    class UnionFind {

    private:
        int *id;
        int count;

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

        ~UnionFind() {
            delete[] id;
        }

        int find(int p) {
            assert(p >= 0 && p < count);
            return id[p];
        }

        bool isConnected(int p, int q) {
            return find(p) == find(q);
        }

        void unionElements(int p, int q) {

            int pID = find(p);
            int qID = find(q);

            if (pID == qID)
                return;

            for (int i = 0; i < count; i++)
                if (id[i] == pID)
                    id[i] = qID;
        }
    };
}
#endif

UnionFind2.h

#ifndef INC_05_OPTIMIZE_BY_RANK_UNIONFIND2_H
#define INC_05_OPTIMIZE_BY_RANK_UNIONFIND2_H

#include <cassert>

using namespace std;


namespace UF2{

    class UnionFind{

    private:
        int* parent;
        int count;

    public:
        UnionFind(int count){
            parent = new int[count];
            this->count = count;
            for( int i = 0 ; i < count ; i ++ )
                parent[i] = i;
        }

        ~UnionFind(){
            delete[] parent;
        }

        int find(int p){
            assert( p >= 0 && p < count );
            while( p != parent[p] )
                p = parent[p];
            return p;
        }

        bool isConnected( int p , int q ){
            return find(p) == find(q);
        }

        void unionElements(int p, int q){

            int pRoot = find(p);
            int qRoot = find(q);

            if( pRoot == qRoot )
                return;

            parent[pRoot] = qRoot;
        }
    };
}

#endif

UnionFind3.h

#ifndef INC_05_OPTIMIZE_BY_RANK_UNIONFIND3_H
#define INC_05_OPTIMIZE_BY_RANK_UNIONFIND3_H

#include <cassert>

using namespace std;


namespace UF3{

    class UnionFind{

    private:
        int* parent;
        int* rank; // rank[i]表示以i为根的集合所表示的树的层数
        int count;

    public:
        UnionFind(int count){
            parent = new int[count];
            rank = new int[count];
            this->count = count;
            for( int i = 0 ; i < count ; i ++ ){
                parent[i] = i;
                rank[i] = 1;
            }
        }

        ~UnionFind(){
            delete[] parent;
            delete[] rank;
        }

        int find(int p){
            assert( p >= 0 && p < count );
            while( p != parent[p] )
                p = parent[p];
            return p;
        }

        bool isConnected( int p , int q ){
            return find(p) == find(q);
        }

        void unionElements(int p, int q){

            int pRoot = find(p);
            int qRoot = find(q);

            if( pRoot == qRoot )
                return;

            if( rank[pRoot] < rank[qRoot] ){
                parent[pRoot] = qRoot;
            }
            else if( rank[qRoot] < rank[pRoot]){
                parent[qRoot] = pRoot;
            }
            else{ // rank[pRoot] == rank[qRoot]
                parent[pRoot] = qRoot;
                rank[qRoot] += 1;
            }
        }
    };
}

#endif

UnionFindTestHelper.h

#ifndef INC_05_OPTIMIZE_BY_RANK_UNIONFINDTESTHELPER_H
#define INC_05_OPTIMIZE_BY_RANK_UNIONFINDTESTHELPER_H

#include <iostream>
#include <ctime>
#include "UnionFind1.h"
#include "UnionFind2.h"
#include "UnionFind3.h"

using namespace std;

namespace UnionFindTestHelper{

    void testUF1( int n ){

        srand( time(NULL) );
        UF1::UnionFind uf = UF1::UnionFind(n);

        time_t startTime = clock();

        for( int i = 0 ; i < n ; i ++ ){
            int a = rand()%n;
            int b = rand()%n;
            uf.unionElements(a,b);
        }
        for(int i = 0 ; i < n ; i ++ ){
            int a = rand()%n;
            int b = rand()%n;
            uf.isConnected(a,b);
        }
        time_t endTime = clock();

        cout<<"UF1, "<<2*n<<" ops, "<<double(endTime-startTime)/CLOCKS_PER_SEC<<" s"<<endl;
    }

    void testUF2( int n ){

        srand( time(NULL) );
        UF2::UnionFind uf = UF2::UnionFind(n);

        time_t startTime = clock();

        for( int i = 0 ; i < n ; i ++ ){
            int a = rand()%n;
            int b = rand()%n;
            uf.unionElements(a,b);
        }
        for(int i = 0 ; i < n ; i ++ ){
            int a = rand()%n;
            int b = rand()%n;
            uf.isConnected(a,b);
        }
        time_t endTime = clock();

        cout<<"UF2, "<<2*n<<" ops, "<<double(endTime-startTime)/CLOCKS_PER_SEC<<" s"<<endl;
    }

    void testUF3( int n ){

        srand( time(NULL) );
        UF3::UnionFind uf = UF3::UnionFind(n);

        time_t startTime = clock();

        for( int i = 0 ; i < n ; i ++ ){
            int a = rand()%n;
            int b = rand()%n;
            uf.unionElements(a,b);
        }
        for(int i = 0 ; i < n ; i ++ ){
            int a = rand()%n;
            int b = rand()%n;
            uf.isConnected(a,b);
        }
        time_t endTime = clock();

        cout<<"UF3, "<<2*n<<" ops, "<<double(endTime-startTime)/CLOCKS_PER_SEC<<" s"<<endl;
    }
}

#endif 

main.cpp

#include <iostream>
#include "UnionFindTestHelper.h"

using namespace std;


int main() {

    int n = 1000000;

    //UnionFindTestHelper::testUF1(n);
    //UnionFindTestHelper::testUF2(n);
    UnionFindTestHelper::testUF3(n);

    return 0;
}
物联网通信协议测试是保障各类设备间实现可靠数据交互的核心环节。在众多适用于物联网的通信协议中,MQTT(消息队列遥测传输)以其设计简洁与低能耗的优势,获得了广泛应用。为确保MQTT客户端与服务端的实现严格遵循既定标准,并具备良好的互操作性,实施系统化的测试验证至关重要。 为此,采用TTCN-3(树表结合表示法第3版)这一国际标准化测试语言构建的自动化测试框架被引入。该语言擅长表达复杂的测试逻辑与数据结构,同时保持了代码的清晰度与可维护性。基于此框架开发的MQTT协议一致性验证套件,旨在自动化地检验MQTT实现是否完全符合协议规范,并验证其与Eclipse基金会及欧洲电信标准化协会(ETSI)所发布的相关标准的兼容性。这两个组织在物联网通信领域具有广泛影响力,其标准常被视为行业重要参考。 MQTT协议本身存在多个迭代版本,例如3.1、3.1.1以及功能更为丰富的5.0版。一套完备的测试工具必须能够覆盖对这些不同版本的验证,以确保基于各版本开发的设备与应用均能满足一致的质量与可靠性要求,这对于物联网生态的长期稳定运行具有基础性意义。 本资源包内包含核心测试框架文件、一份概述性介绍文档以及一份附加资源文档。这些材料共同提供了关于测试套件功能、应用方法及可能包含的扩展工具或示例的详细信息,旨在协助用户快速理解并部署该测试解决方案。 综上所述,一个基于TTCN-3的高效自动化测试框架,为执行全面、标准的MQTT协议一致性验证提供了理想的技术路径。通过此类专业测试套件,开发人员能够有效确保其MQTT实现的规范符合性与系统兼容性,从而为构建稳定、安全的物联网通信环境奠定坚实基础。 资源来源于网络分享,仅用于学习交流使用,请勿用于商业,如有侵权请联系我删除!
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