POJ 1182 食物链 带权并查集入门

本文介绍了一个有趣的食物链问题,并通过使用带权并查集算法解决该问题。该算法能够有效地处理动物之间的关系,判断描述语句的真实性,并最终计算出假话的数量。

Description
动物王国中有三类动物A,B,C,这三类动物的食物链构成了有趣的环形。A吃B, B吃C,C吃A。
现有N个动物,以1-N编号。每个动物都是A,B,C中的一种,但是我们并不知道它到底是哪一种。
有人用两种说法对这N个动物所构成的食物链关系进行描述:
第一种说法是”1 X Y”,表示X和Y是同类。
第二种说法是”2 X Y”,表示X吃Y。
此人对N个动物,用上述两种说法,一句接一句地说出K句话,这K句话有的是真的,有的是假的。当一句话满足下列三条之一时,这句话就是假话,否则就是真话。
1) 当前的话与前面的某些真的话冲突,就是假话;
2) 当前的话中X或Y比N大,就是假话;
3) 当前的话表示X吃X,就是假话。
你的任务是根据给定的N(1 <= N <= 50,000)和K句话(0 <= K <= 100,000),输出假话的总数。

Input
第一行是两个整数N和K,以一个空格分隔。
以下K行每行是三个正整数 D,X,Y,两数之间用一个空格隔开,其中D表示说法的种类。
若D=1,则表示X和Y是同类。
若D=2,则表示X吃Y。

Output
只有一个整数,表示假话的数目。

Sample Input

100 7
1 101 1
2 1 2
2 2 3
2 3 3
1 1 3
2 3 1
1 5 5

Sample Output

3

解题方法:带权并查集,本来想写个题解的。但是这位大神写得实在太好了,只能膜拜,不敢动手了,可以看这份写得非常完美详细的题解。http://blog.youkuaiyun.com/niushuai666/article/details/6981689 今天开始好好做做并查集专题了,特别带权并查集我还是不怎么会的。我直接给出我的代码了,几乎每句话都在上面博客有详细讲解,ORZ.

//POJ 食物链
#include <stdio.h>
const int maxn = 50010;

int N, K, relation, a, b, cnt;

int p[maxn], r[maxn];//p代表x的父亲,r代表x和fa[x]的关系0, 1, 2分别代表同类,***

void init()
{
    for(int i = 1; i <= N; i++){
        p[i] = i; r[i] = 0;
    }
}

int find_set(int x)
{
    int temp = p[x];
    if(x == p[x]) return p[x];
    p[x] = find_set(p[x]);
    r[x] = (r[x] + r[temp]) % 3;
    return p[x];
}

void union_set(int x, int y, int px, int py)
{
    p[px] = py;
    r[px] = (r[y] - r[x] + 3 + relation - 1) % 3;
}

int main()
{
    scanf("%d%d", &N, &K);
    cnt = 0;
    init();
    while(K--)
    {
        scanf("%d%d%d", &relation, &a, &b);
        int pa, pb;
        pa = find_set(a);
        pb = find_set(b);
        if(a > N || b > N || (relation == 2 && a == b)) {cnt++; continue;}
        if(pa != pb){
            union_set(a, b, pa, pb);
            continue;
        }
        if((r[a] - r[b] + 3) % 3 != (relation - 1)){
            cnt++;
            continue;
        }
    }
    printf("%d\n", cnt);
    return 0;
}
### 并查集算法的时间复杂度分析 并查集是一种高效的用于处理集合合并与查询的算法。在POJ 1182 食物链问题中,使用了并查集来判断动物之间的关系,并且通过路径压缩和按秩合并等优化手段,可以极大地提高算法的效率。 #### 路径压缩的影响 路径压缩是并查集中一种重要的优化技术,它能够将查找过程中经过的所有节点直接连接到根节点上。这种操作使得后续查找的时间复杂度接近于常数[^1]。具体来说,路径压缩后的查找操作时间复杂度可以用阿克曼函数的反函数 \( \alpha(n) \) 来表示,其中 \( n \) 是集合中的元素个数。阿克曼函数的增长速度极慢,因此 \( \alpha(n) \) 在实际应用中几乎可以视为常数。 ```python def Find(x): if x != par[x]: par[x] = Find(par[x]) # 路径压缩 return par[x] ``` #### 按秩合并的作用 按秩合并是一种优化策略,它通过将较小的树合并到较大的树上来减少树的高度。这种方法结合路径压缩后,可以进一步降低操作的时间复杂度[^2]。在实际实现中,可以通过维护一个数组 `rank` 来记录每个集合的深度,并在合并时选择深度较小的树挂接到深度较大的树上。 ```python def Union(x, y): rootX = Find(x) rootY = Find(y) if rootX != rootY: if rank[rootX] > rank[rootY]: par[rootY] = rootX elif rank[rootX] < rank[rootY]: par[rootX] = rootY else: par[rootY] = rootX rank[rootX] += 1 ``` #### 时间复杂度总结 对于 POJ 1182 食物链问题,假设总共有 \( n \) 个动物和 \( m \) 条关系,则初始化并查集的时间复杂度为 \( O(n) \),每次查找或合并操作的时间复杂度为 \( O(\alpha(n)) \)[^2]。由于 \( \alpha(n) \) 的增长极其缓慢,在实际情况下可以认为其为常数。因此,整个算法的时间复杂度主要由关系数量 \( m \) 决定,最终的时间复杂度为 \( O(m \cdot \alpha(n)) \)[^1]。 ### 代码示例 以下是一个完整的并查集实现,适用于 POJ 1182 食物链问题: ```python class UnionFind: def __init__(self, n): self.par = list(range(3 * n)) self.rank = [0] * (3 * n) def Find(self, x): if self.par[x] != x: self.par[x] = self.Find(self.par[x]) return self.par[x] def Union(self, x, y): rootX = self.Find(x) rootY = self.Find(y) if rootX != rootY: if self.rank[rootX] > self.rank[rootY]: self.par[rootY] = rootX elif self.rank[rootX] < self.rank[rootY]: self.par[rootX] = rootY else: self.par[rootY] = rootX self.rank[rootX] += 1 def Same(self, x, y): return self.Find(x) == self.Find(y) ```
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