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训练2
方块栈

题目描述(POJ1988): 贝西正在玩方块游戏,方块编号为1~ N (1≤ N ≤30,000),开始时每个方块都相当于一个栈。贝西执行 P 个(1≤ P ≤100,000)操作,操作类型有两种:M X Y ,将包含 X 的栈整体移动到包含 Y 的栈顶部;C X ,查询 X 方块下的方块数量。请统计贝西每个操作的结果。

输入: 第1行为单个整数 P ,表示操作的数量。第2~ P +1行:每一行都描述一个操作(注意: N 的值不会出现在输入文件中,没有一种移动操作会请求将栈移动到自身)。

输出: 对每个C操作,都输出统计结果。

题解: 本题包括移动和计数两种操作,方块的整体移动可以使用二维数组实现,但是操作数量很大,若一个一个地移动,则会超时。整体移动相当于集合的合并,因此可以借助并查集实现,在集合查找和合并时,更新树根下方的方块数量即可。使用并查集可以快速、高效地解决该问题。

1. 算法设计

(1)初始化。初始化每个方块的集合号都为其自身。

(2)查询或者合并。

· C X :查询 X 的集合号,并输出 X 方块下的方块数量。 d [ i ]表示第 i 个方块下的方块数量。查询 X 的祖宗,在返回过程中将经过路径上节点的集合号统一为祖宗的集合号,将当前节点的 d 值加上其父节点的 d 值。

· M X Y :合并 X Y 集合号。cnt[ i ]表示第 i 个栈的方块数量。首先找到 X Y 所在的集合祖宗 a b ,然后将 a 的集合号修改为 b ,fa[ a ]= b ,更新 d [ a ]=cnt[ b ],cnt[ b ]+=cnt[ a ]。

2. 完美图解

(1)初始化。根据输入样例,初始时每个方块的集合号都为其自身,fa[ i ]= i ;在每个方块下都有0个方块, d [ i ]=0;每个栈只有1个方块,cnt[ i ]=1。

(2)合并。M 1 6:将包含1的栈整体移动到包含6的栈。首先找到1和6的祖宗1、6,然后将1的集合号修改为6,fa[1]=6,更新 d [1]=cnt[6]=1,cnt[6]+=cnt[1]=2。

(3)查询。C 1:查询1下面有多少个方块。首先查询1的集合号,找祖宗,在查询过程中将当前节点的 d 值加上其父节点的 d 值, d [1]+= d [6]=1。

(4)合并。M 2 4:将包含2的栈整体移动到包含4的栈。首先找到2和4的祖宗2、4,然后将2的集合号修改为4,fa[2]=4,更新 d [2]=cnt[4]=1,cnt[4]+=cnt[2]=2。

(5)合并。M 2 6:将包含2的栈整体移动到包含6的栈。首先找到2和6的祖宗4、6,然后将4的集合号修改为6,fa[4]=6,更新 d [4]=cnt[6]=2,cnt[6]+=cnt[4]=4(注意:只修改祖宗集合号,2号方块的集合号及 d 值并没有修改,下次查询2的集合号时才会更新。这正是并查集的妙处)。

(6)查询。C 3:查询3下面有多少个方块。首先查询到3的集合号为3, d [3]=0。

(7)查询。C 4:查询4下面有多少个方块。首先查询4的集合号,在查询过程中将当前节点的集合号修改为其父节点的集合号,将当前节点的 d 值加上其父节点的 d 值, d [4]+= d [6]=2。

(8)若继续查询C 2,则查询2下面有多少个方块。先查询2的祖宗,在返回过程中将当前节点的 d 值加上其父节点的 d 值, d [2]+= d [4]=3。

3. 算法实现

(1)初始化。

(2)查询。查询 x 的集合号,集合号等于自身时停止。在返回过程中,将经过路径上节点的集合号都统一为祖宗的集合号,将当前节点的 d 值加上其父节点的 d 值。

(3)合并。首先找到 x、y 所在的集合祖宗 a b ,然后将 a 的集合号修改为 b ,更新 d [ a ]=cnt[ b ],cnt[ b ]+=cnt[ a ]。 EN1JyIKZSO8Pi9CsfHNpHtjrnRDIbwCtxIiFWiDlxGdaVTi1O7EWofUUjamLKIdf

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