题目要求
给你一个整数 n,表示有 n 个人,编号从 0 到 n - 1。你还给你一个 0 索引的二维整数数组 meetings,其中 meetings[i] = [xi, yi, timei] 表示 xi 和 yi 在 timei 有一个会议。一个人可以同时参加多个会议。最后,给你一个整数 firstPerson。
人 0 有一个秘密,并在时间 0 开始与人 firstPerson 共享该秘密。更正式地说,在每次会面时,如果某人 xi 在时间 i 拥有该秘密,那么他将与某人 yi 共享该秘密,反之亦然。
秘密是即时共享的。也就是说,一个人收到秘密后,可以在同一时间内与其他会议上的人分享。
在所有会议结束后,返回所有拥有该秘密的人的名单。您可以按照任何顺序返回答案。
思路
我们需要找到所有会议结束之后(时间最后)拥有信息的人的名单,那么我们就需要将会议按照时间进行排序。
第二我们需要在同一会议时间判断出谁拥有秘密,谁在当前时间获得了秘密。然后这个过程继续传递直到时间结束。
在0时刻,编号为0和firstPerson的人获得了秘密。然后在之后的每一个时间点我们需要找到0和firstPerson和其他哪些人产生了交集,而后以此类推。
为了完成这一目的,根据建议我们应该采取并查集(Union-Find)的数据结构。
并查集是一种非常高效的数据结构,用于处理一些不交集的合并及查询问题,特别适用于本题中的场景,即追踪和管理一组动态集合的合并与查找操作。
并查集主要支持两种操作:
- Find: 确定某个元素属于哪个集合,也就是这个元素的“根”是什么。在并查集中,每个集合由一个代表元素(根)来标识,所有属于同一集合的元素的根都是相同的。
- Union: 将两个元素所在的集合合并为一个集合。这通常通过将一个集合的根元素连接到另一个集合的根元素来完成。
并查集通过数组或哈希表来实现,每个元素都有一个指向父元素的指针,根元素的指针指向它自己,这样形成一个树状结构。
基本操作的实现
-
初始化(Initialization):一开始,每个人都在自己独立的集合中,也就是每个人都是自己集合的根。
-
查找(Find):为了找到元素的根(代表元素),我们不断地追溯它的父元素,直到找到一个指向自己的元素,那就是根。在实际操作中,为了提高效率,我们会进行路径压缩,即在执行查找操作的同时,将查找路径上的所有元素直接连接到根上,这样可以减少后续查找操作的时间。
-
合并(Union):当我们想要合并两个元素所在的集合时,我们首先找到它们各自的根,如果根不同,就将其中一个根的父元素设置为另一个根,从而将两个树合并为一棵。为了保持树的平衡,通常会使用按秩合并,即总是将较小的树连接到较大的树上。
代码
#include <algorithm>
#include <unordered_set>
class UnionFind {
public:
vector<int> parent;
vector<int> rank;
UnionFind(int size) : parent(size), rank(size, 0) {
for (int i = 0; i < size; ++i) {
parent[i] = i;
}
}
int find(int x) {
if (x != parent[x]) {
parent[x] = find(parent[x]);
}
return parent[x];
}
void unionSet(int x, int y) {
int rootX = find(x);
int rootY = find(y);
if (rootX != rootY) {
if (rank[rootX] < rank[rootY]) {
parent[rootX] = rootY;
} else if (rank[rootX] > rank[rootY]) {
parent[rootY] = rootX;
} else {
parent[rootY] = rootX;
rank[rootX]++;
}
}
}
};
class Solution {
public:
vector<int> findAllPeople(int n, vector<vector<int>>& meetings, int firstPerson) {
UnionFind uf(n);
uf.unionSet(0, firstPerson);
sort(meetings.begin(), meetings.end(), [](const vector<int>& a, const vector<int>& b) {
return a[2] < b[2];
});
vector<int> secretHolders;
for (int i = 0; i < meetings.size(); ) {
int time = meetings[i][2];
unordered_set<int> thisTimeMeeting;
while (i < meetings.size() && meetings[i][2] == time) {
uf.unionSet(meetings[i][0], meetings[i][1]);
thisTimeMeeting.insert(meetings[i][0]);
thisTimeMeeting.insert(meetings[i][1]);
i++;
}
for (int person : thisTimeMeeting) {
if (uf.find(person) != uf.find(0)) {
uf.parent[person] = person;
}
}
}
for (int i = 0; i < n; ++i) {
if (uf.find(i) == uf.find(0)) {
secretHolders.push_back(i);
}
}
return secretHolders;
}
};
时空复杂度
时间复杂度
空间复杂度
理解并查集
理解并查集的这种写法,我们可以分解为几个关键点:初始化、查找(Find)、合并(Union)以及路径压缩的实现。这些是并查集数据结构核心操作的实现,旨在高效处理动态连通性问题。
初始化(Constructor)
在并查集的构造函数中,每个元素最开始都指向自己,表示每个元素自成一个集合。rank
数组用于记录每个根节点所在树的深度,有助于在执行合并操作时保持树的平衡,减少查找时间。
UnionFind(int size) : parent(size), rank(size, 0) {
for(int i = 0; i < size; ++i) {
parent[i] = i; // 每个节点的父节点指向自己
}
}
查找(Find)
查找操作用于找到给定元素所在集合的根节点(代表元素)。路径压缩技术通过将查找路径上的每个节点直接链接到根节点,从而降低后续查找操作的复杂度。
int find(int x) {
if(x != parent[x]) {
parent[x] = find(parent[x]); // 路径压缩
}
return parent[x];
}
合并(Union)
合并操作用于将两个元素所在的集合合并为一个集合。它首先找到两个元素各自的根节点,如果根节点不同,说明它们属于不同的集合,需要合并。使用rank
来决定如何合并,以保持树的平衡性,避免形成深度过大的树结构。
void unionSet(int x, int y) {
int rootX = find(x);
int rootY = find(y);
if(rootX != rootY) {
if(rank[rootX] < rank[rootY]) {
parent[rootX] = rootY; // 将较浅的树的根节点指向较深的树的根节点
} else if(rank[rootX] > rank[rootY]) {
parent[rootY] = rootX;
} else {
parent[rootY] = rootX; // 如果深度相同,就选择一个作为根,增加其深度
rank[rootX]++;
}
}
}
理解关键
- 目的:并查集是为了高效地解决动态连通性问题设计的,它可以快速判断网络中任意两个点是否属于同一个连通分量,以及将两个连通分量合并。
- 路径压缩:查找操作中的路径压缩是并查集高效的关键所在。通过将查找路径上的节点直接连接到根节点,可以显著降低后续查找的复杂度。
- 按秩合并:通过比较两棵树的深度(秩)来决定合并方向,可以避免形成深度过大的树,从而保持操作的高效性。
通过这样的实现,我们可以非常高效地处理大量元素的动态联通性问题,这对于解决诸如网络连通性、集合合并等问题至关重要。