【笔记】扩展域并查集

oistr

2020-02-21 22:33:10

Personal

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如有错漏之处,敬请各位奆佬指正!

这是个比较冷门的数据结构。。。(其实很简单而且并不冷门)

我是在做 P1892 [BOI2003]团伙的时候听说的。

那么,我就来讲解一下这个结构。

upd at 2020-09-17 准备开始扩写这篇文章

一、预备知识

所以我说他很菜嘛...

二、引入

咱们做并查集的问题,基本上题面都是这样“三步走”:

  1. 给你这些关系,每个链接两点 x,y
  2. 求两点之间是否连通。

当然第三步可能会有一些变更,例如

这些都可以通过一些小优化在 \operatorname{O}(1) 的时间内完成处理。

假如在第二步上做一些变更呢?

给定两种关系。第一种:给定一对朋友关系;第二种,给定一对敌人关系,满足敌人的敌人就是朋友

那么传统并查集就捉襟见肘了。

我们当然可以使用暴力方法(Floyd)在 \operatorname{O}(n^3) 的时间内把敌人关系预处理成朋友关系。但是这对于题目 n\leq1000 的数据量来说是会 T 的。

其实有一种方法能在 \operatorname{O}(1) 的时间内优化他。那就是...

三、反集

反集的思路是再构造一个集合(称之为反集),然后将“敌人”关系通过原集和反集表示出来。

比如假设有 3 个元素 123。我们称他们的反集元素分别为 1'2'3'。(如下图)

那么,如何体现敌人关系呢?

假如有一对敌人关系 (1,2)

我们只需要连接两条边 <1,2'><2,1'> 就行了。

这样,在 12 之间构成了一个 \times 形,由于 1'2' 不会相连,所以这在并查集中也就意味着,这两个结点不会连到一起了。(如下图)

等等!还有一个敌人的敌人就是朋友关系,在这里是否是正确的呢?

假如还有一对敌人关系 (2,3),那么,根据规则,13应该是朋友关系(在一个集合中)。

我们按照上面的规则,连接 <2,3'><3,2'>,则图变成了这样:

则图变成了两个连通块(如下图,红色,蓝色)。

好像脱氧核糖核酸啊。。。

自然地,13 在一个连通块中了。

三、实现

在代码中,我们可以开 2 \times n 的数组,利用 i + n(0\lt i \leq n) 来代替上面的 i'

代码只需要在并查集的基础上加两个部分即可。

定义:

初始化

for(int i=1;i<=2*n;i++)//注意这里的2*n。
{
    r[i]=i;
}

反集操作

读入结点u,v之间的关系;
if(朋友关系)
{
    union(u,v);
}
else//敌人关系。
{
    //刚刚讲过的操作。
    union(u,v+n);
    union(v,u+n);
}

四、完结撒花

反集虽然不是一个特别常见的数据结构,但是在并查集的优化中很有用。希望这篇文章对你有帮助。有什么不理解的都可以在评论区问哦~