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数据结构中怎么实现并查集 Union-Find 处理动态连通性

浅浩酱_5883

浅浩酱_5883

发布时间:2026-08-07 21:30:33

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来源于php中文网

原创

并查集用森林模拟动态连通关系,以数组parent[]维护父节点,通过路径压缩和按秩/大小合并实现高效查找与合并,均摊时间接近O(1)。

数据结构中怎么实现并查集 union-find 处理动态连通性

并查集(Union-Find)本质是用森林模拟动态连通关系:每个连通分量是一棵树,根节点代表整个集合。它不关心路径细节,只快速回答“是否连通”和“如何合并”,因此实现简洁但需兼顾效率。

用数组维护父节点关系
最常用方式是用一个整型数组 parent[],索引表示元素编号(如 0 到 n−1),值表示其直接父节点:

  • 初始时 parent[i] = i,每个元素自成一棵单节点树;
  • 根节点满足 parent[x] == x;
  • 查找时不断向上跳转,直到抵达根节点。

查找操作要带路径压缩
单纯递归或迭代找根容易退化成链表(最坏 O(n))。路径压缩在 find(x) 返回根的同时,把路径上所有节点的 parent 直接设为根:

int find(int x) {
    if (parent[x] != x) {
        parent[x] = find(parent[x]); // 递归压缩
    }
    return parent[x];
}

这样后续查找几乎都是 O(1),均摊时间接近常数。

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合并操作要按秩或按大小合并
union(x, y) 先找二者根节点,若不同,则把小树挂到大树下,防止树过高:

  • 按秩(rank):记录每棵树的近似高度,总是把低秩树根连到高秩树根;
  • 按大小(size):记录每棵树的节点数,把节点少的树根连到节点多的树根。
    例如按大小:
    if (size[rootX] < size[rootY]) {
      parent[rootX] = rootY;
      size[rootY] += size[rootX];
    } else {
      parent[rootY] = rootX;
      size[rootX] += size[rootY];
    }

连通分量数量可实时维护
初始化时 count = n;每次成功 union 就 count--;connected(x, y) 只需 find(x) == find(y);count() 直接返回变量值。无需遍历,响应极快。

不复杂但容易忽略优化细节。

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