POJ 1182 - 食物链

本文介绍了一道关于食物链关系判断的算法题目,通过带权并查集的方法解决动物间复杂的食物链关系,判断一系列描述中矛盾陈述的数量。

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E - 食物链
Time Limit:1000MS     Memory Limit:10000KB     64bit IO Format:%I64d & %I64u
Appoint description: 

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


这题输入的时候不能加!=EOF,不然会WA。醉

带权并查集解题。

数组f[x]表示x属于哪个集合,r[x]表示x与f[x]的关系,可用向量表示为



每次递归回溯时会更新r[x]的值,t表示刚进入查找函数时f[x]的值,r[x]=(r[x]+r[t])%3;



合并时令f[fx]=fy,根据向量关系可以得出r[fx]=(r[y]+d-r[x]+3)%3; 注意这里的d为输入时d-1,方便对应一开始定义的r[x]值



#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <algorithm>
#include <cmath>
using namespace std;

#define N 50005

int f[N],r[N];
int n,k;

int _find(int x){
    if (x==f[x])
        return x;

    int t=f[x];
    f[x]=_find(f[x]);
    r[x]=(r[x]+r[t])%3;
    return f[x];
}

void _union(int d,int x,int y){
    int fx=_find(x),fy=_find(y);
    if (fx==fy)
        return ;

    f[fx]=fy;
    r[fx]=(r[y]+d-r[x]+3)%3;
}

bool check(int d,int x,int y){
    if (x>n || y>n || (d==2 && x==y))
        return false;

    int fx=_find(x),fy=_find(y);
    if (fx!=fy)
        return true;
    if (r[x]==(r[y]+d-1)%3)
        return true;
    return false;
}

int main(){
    scanf("%d%d",&n,&k);
        for (int i=1;i<=n;i++){
            f[i]=i;
            r[i]=0;
        }

        int ans=0;
        while (k--){
            int d,x,y;
            scanf("%d%d%d",&d,&x,&y);

            if (!check(d,x,y)){
                ans++;
            }else{
                _union(d-1,x,y);
            }
        }

        printf("%d\n",ans);


    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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