Pull to refresh

Система непересекающихся множеств и её применения

Algorithms *
Добрый день, Хабрахабр. Это еще один пост в рамках моей программы по обогащению базы данных крупнейшего IT-ресурса информацией по алгоритмам и структурам данных. Как показывает практика, этой информации многим не хватает, а необходимость встречается в самых разнообразных сферах программистской жизни.
Я продолжаю преимущественно выбирать те алгоритмы/структуры, которые легко понимаются и для которых не требуется много кода — а вот практическое значение сложно недооценить. В прошлый раз это было декартово дерево. В этот раз — система непересекающихся множеств. Она же известна под названиями disjoint set union (DSU) или Union-Find.

Условие


Поставим перед собой следующую задачу. Пускай мы оперируем элементами N видов (для простоты, здесь и далее — числами от 0 до N-1). Некоторые группы чисел объединены в множества. Также мы можем добавить в структуру новый элемент, он тем самым образует множество размера 1 из самого себя. И наконец, периодически некоторые два множества нам потребуется сливать в одно.

Формализируем задачу: создать быструю структуру, которая поддерживает следующие операции:

MakeSet(X) — внести в структуру новый элемент X, создать для него множество размера 1 из самого себя.
Find(X) — возвратить идентификатор множества, которому принадлежит элемент X. В качестве идентификатора мы будем выбирать один элемент из этого множества — представителя множества. Гарантируется, что для одного и того же множества представитель будет возвращаться один и тот же, иначе невозможно будет работать со структурой: не будет корректной даже проверка принадлежности двух элементов одному множеству if (Find(X) == Find(Y)).
Unite(X, Y) — объединить два множества, в которых лежат элементы X и Y, в одно новое.

На рисунке я продемонстрирую работу такой гипотетической структуры.


Как такое сделать и зачем оно нужно
Total votes 114: ↑109 and ↓5 +104
Views 55K
Comments 29

Непересекающиеся множества и загадочная функция Аккермана

Algorithms *Mathematics *
Tutorial
Речь пойдёт о простой структуре данных — системе непересекающихся множеств. Вкратце: даны непересекающиеся множества (например, компоненты связности графа) и по двум элементам x и y можно: 1) узнать, находятся ли x и y в одном множестве; 2) объединить множества, содержащие x и y. Сама структура очень проста в реализации и описывалась много раз в различных местах (например, есть хорошая статья на хабре и ещё кое-где). Но это один из тех удивительных алгоритмов, написать который ничего не стоит, а вот разобраться, почему он работает эффективно совсем нелегко. Я постараюсь изложить относительно простое доказательство точной оценки на время работы этой структуры данных, придуманное Зейделем и Шариром в 2005 (оно отличается от того ужаса, который многие могли видеть в других местах). Конечно, сама структура тоже будет описана, а попутно разберёмся причём здесь обратная функция Аккермана, о которой многие знают только, что она оооочень медленно растёт.
Читать дальше →
Total votes 39: ↑39 and ↓0 +39
Views 36K
Comments 4

Примитивно-рекурсивные функции и функция Аккермана

Algorithms *Mathematics *

Функция Аккермана — одна из самых знаменитых функций в Computer Science. С ней связан как минимум один фундаментальный результат и как минимум один просто важный. Фундаментальный результат, говоря аккуратно и непонятно, таков: существует всюду определённая вычислимая функция, не являющаяся примитивно-рекурсивной. Важный результат заключается в том, что лес непересекающихся множеств (также известный как disjoint set union) работает очень быстро.


Мне очень нравится изучать функцию Аккермана, т.к. всё, что с ней связано, очень красиво и изящно. Вот и записанный выше фундаментальный результат понять намного проще, чем это может показаться.


Из текста ниже вы узнаете, что такое примитивно-рекурсивные функции и как выяснить, что функция Аккермана к таковым не относится. И, конечно, этот текст убедит вас в том, что это невероятно красивая конструкция и невероятно красивое рассуждение!

Читать дальше →
Total votes 45: ↑44 and ↓1 +43
Views 23K
Comments 12