【并集查找 图论 位运算】3108. 带权图里旅途的最小代价

简介: 【并集查找 图论 位运算】3108. 带权图里旅途的最小代价

算法可以发掘本质,如:

一,若干师傅和徒弟互有好感,有好感的师徒可以结对学习。师傅和徒弟都只能参加一个对子。如何让对子最多。

二,有无限多1X2和2X1的骨牌,某个棋盘若干格子坏了,如何在没有坏的格子放足够多骨牌。

三,某个单色图,1表示前前景,0表示后景色。每次操作可以将一个1,变成0。如何在最少得操作情况下,使得没有两个1相邻(四连通)。

四,若干路人,有些人是熟人,如何选出最多的人参加实验。为了避免熟人影响实验的效果,参加的人不能是熟人。

一二是二分图的最大匹配,三是二分图的最小点覆盖,四是二分图最大独立集。 而这三者是等效问题。

本文涉及知识点

并集查找 图论 位运算

LeetCode3108. 带权图里旅途的最小代价

给你一个 n 个节点的带权无向图,节点编号为 0 到 n - 1 。

给你一个整数 n 和一个数组 edges ,其中 edges[i] = [ui, vi, wi] 表示节点 ui 和 vi 之间有一条权值为 wi 的无向边。

在图中,一趟旅途包含一系列节点和边。旅途开始和结束点都是图中的节点,且图中存在连接旅途中相邻节点的边。注意,一趟旅途可能访问同一条边或者同一个节点多次。

如果旅途开始于节点 u ,结束于节点 v ,我们定义这一趟旅途的 代价 是经过的边权按位与 AND 的结果。换句话说,如果经过的边对应的边权为 w0, w1, w2, …, wk ,那么代价为w0 & w1 & w2 & … & wk ,其中 & 表示按位与 AND 操作。

给你一个二维数组 query ,其中 query[i] = [si, ti] 。对于每一个查询,你需要找出从节点开始 si ,在节点 ti 处结束的旅途的最小代价。如果不存在这样的旅途,答案为 -1 。

返回数组 answer ,其中 answer[i] 表示对于查询 i 的 最小 旅途代价。

示例 1:

输入:n = 5, edges = [[0,1,7],[1,3,7],[1,2,1]], query = [[0,3],[3,4]]

输出:[1,-1]

解释:

第一个查询想要得到代价为 1 的旅途,我们依次访问:0->1(边权为 7 )1->2 (边权为 1 )2->1(边权为 1 )1->3 (边权为 7 )。

第二个查询中,无法从节点 3 到节点 4 ,所以答案为 -1 。

示例 2:

输入:n = 3, edges = [[0,2,7],[0,1,15],[1,2,6],[1,2,1]], query = [[1,2]]

输出:[0]

解释:

第一个查询想要得到代价为 0 的旅途,我们依次访问:1->2(边权为 1 ),2->1(边权 为 6 ),1->2(边权为 1 )。

提示:

1 <= n <= 105
0 <= edges.length <= 105
edges[i].length == 3
0 <= ui, vi <= n - 1
ui != vi
0 <= wi <= 105
1 <= query.length <= 105
query[i].length == 2
0 <= si, ti <= n - 1

并集查找

两个数位与不会变大,只会不变或变小。要想旅途代价最小就要尽可能的多进过边,把能经过的边全部经过一遍。也就是连通区域所有的边。

vMin[node] 是经过node所有边的位与和。

vGroupMin[iGroup]是本连通区域所有边的位与和。

代码

核心代码

class CUnionFind
{
public:
  CUnionFind(int iSize) :m_vNodeToRegion(iSize)
  {
    for (int i = 0; i < iSize; i++)
    {
      m_vNodeToRegion[i] = i;
    }
    m_iConnetRegionCount = iSize;
  } 
  CUnionFind(vector<vector<int>>& vNeiBo):CUnionFind(vNeiBo.size())
  {
    for (int i = 0; i < vNeiBo.size(); i++) {
      for (const auto& n : vNeiBo[i]) {
        Union(i, n);
      }
    }
  }
  int GetConnectRegionIndex(int iNode)
  {
    int& iConnectNO = m_vNodeToRegion[iNode];
    if (iNode == iConnectNO)
    {
      return iNode;
    }
    return iConnectNO = GetConnectRegionIndex(iConnectNO);
  }
  void Union(int iNode1, int iNode2)
  {
    const int iConnectNO1 = GetConnectRegionIndex(iNode1);
    const int iConnectNO2 = GetConnectRegionIndex(iNode2);
    if (iConnectNO1 == iConnectNO2)
    {
      return;
    }
    m_iConnetRegionCount--;
    if (iConnectNO1 > iConnectNO2)
    {
      UnionConnect(iConnectNO1, iConnectNO2);
    }
    else
    {
      UnionConnect(iConnectNO2, iConnectNO1);
    }
  }
  bool IsConnect(int iNode1, int iNode2)
  {
    return GetConnectRegionIndex(iNode1) == GetConnectRegionIndex(iNode2);
  }
  int GetConnetRegionCount()const
  {
    return m_iConnetRegionCount;
  }
  vector<int> GetNodeCountOfRegion()//各联通区域的节点数量
  {
    const int iNodeSize = m_vNodeToRegion.size();
    vector<int> vRet(iNodeSize);
    for (int i = 0; i < iNodeSize; i++)
    {
      vRet[GetConnectRegionIndex(i)]++;
    }
    return vRet;
  }
  std::unordered_map<int, vector<int>> GetNodeOfRegion()
  {
    std::unordered_map<int, vector<int>> ret;
    const int iNodeSize = m_vNodeToRegion.size();
    for (int i = 0; i < iNodeSize; i++)
    {
      ret[GetConnectRegionIndex(i)].emplace_back(i);
    }
    return ret;
  }
private:
  void UnionConnect(int iFrom, int iTo)
  {
    m_vNodeToRegion[iFrom] = iTo;
  }
  vector<int> m_vNodeToRegion;//各点所在联通区域的索引,本联通区域任意一点的索引,为了增加可理解性,用最小索引
  int m_iConnetRegionCount;
};
class Solution {
public:
  vector<int> minimumCost(int n, vector<vector<int>>& edges, vector<vector<int>>& query) {
    CUnionFind uf(n);
    vector<int> vMin(n,(1<<20)-1);
    for (const auto& v : edges) {
      uf.Union(v[0], v[1]);
      vMin[v[0]] &= v[2];
      vMin[v[1]] &= v[2];
    }
    auto m = uf.GetNodeOfRegion();
    vector<int> vGroupMin = vMin;
    for (const auto& [group, v] : m) {
      for (const auto& node : v) {
        vGroupMin[group] &= vMin[node];
      }     
    }
    vector<int> vRet;
    for (const auto& v : query) {
      if (uf.IsConnect(v[0], v[1])) {
        const int iGroup = uf.GetConnectRegionIndex(v[0]);
        vRet.emplace_back(vGroupMin[iGroup]);
      }
      else {
        vRet.emplace_back(-1);
      }
    }
    return vRet;
  }
};

扩展阅读

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子墨子言之:事无终始,无务多业。也就是我们常说的专业的人做专业的事。
如果程序是一条龙,那算法就是他的是睛

测试环境

操作系统:win7 开发环境: VS2019 C++17

或者 操作系统:win10 开发环境: VS2022 C++17

如无特殊说明,本算法用**C++**实现。

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