基于数组的不相交集数据结构的时间复杂度

Posted 2023-02-18

我在CodeChef上解决this问题并通过editorial。

这是实现的不相交集算法的伪代码：

Initialize parent[i] = i  
Let S[i] denote the initial array.

int find(int i)
    int j
    if(parent[i]==i)
                return i
    else
        j=find(parent[i])
        //Path Compression Heuristics
        parent[i]=j
        return j

set_union(int i,int j)
    int x1,y1
    x1=find(i)
    y1=find(j)
    //parent of both of them will be the one with the highest score
    if(S[x1]>S[y1])
        parent[y1]=x1
    else if ( S[x1] < S[y1])
        parent[x1]=y1

solve()
    if(query == 0)
        Input x and y
        px = find(x)
        py = find(y)
        if(px == py)
            print "Invalid query!"
        else
            set_union(px,py)
    else
        Input x.
        print find(x)

union和find的时间复杂度是多少？

IMO，find的时间复杂度是O(depth)，所以在最坏的情况下，如果我没有使用路径压缩，那么复杂性就变成了O（n）。由于union也使用find，它也具有O（n）的复杂性。相反，如果我们从find扔出union而是将两组的父母传给union，union的复杂性是O（1）。如果我错了，请纠正我。

如果应用路径压缩，那么时间复杂度是多少？

答案

没有路径压缩：当我们使用不相交集的链表表示和加权联合启发时，发生m MAKE-SET，UNION by rank，FIND-SET操作的序列，其中n个是MAKE-SET操作。所以，需要O（m + nlogn）。

仅使用路径压缩：运行时间为theta（n + f *（1 +（log（base（2 + f / n））n）））其中f表示查找集操作，n表示不设置操作

通过秩和路径压缩的并集：O（m * p（n））其中p（n）小于等于4

另一答案

如果既不使用秩也不使用路径压缩，则union和find的时间复杂度将是线性的，因为在最坏的情况下，有必要在每个查询中遍历整个树。

如果你只按队列使用union，没有路径压缩，那么复杂性就是对数。 The detailed solution很难理解，但基本上你不会遍历整棵树，因为如果两组的等级相等，树的深度只会增加。因此，每次查询的迭代次数为O（log * n）。

如果使用路径压缩优化，复杂性会更低，因为它会“平坦化”树，从而减少遍历。它的每次操作的摊销时间甚至比O（n）还要快，因为你可以阅读here。