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2023-08-04:村里面一共有 n 栋房子 我们希望通过建造水井和铺设管道来为所有房子供水

2023-08-04 16:20 作者:福大大架构师每日一题  | 我要投稿

2023-08-04:村里面一共有 n 栋房子


我们希望通过建造水井和铺设管道来为所有房子供水。


对于每个房子 i,我们有两种可选的供水方案:


一种是直接在房子内建造水井


成本为 wells[i - 1] (注意 -1 ,因为 索引从0开始 )


另一种是从另一口井铺设管道引水


数组 pipes 给出了在房子间铺设管道的成本


其中每个 pipes[j] = [house1j, house2j, costj]


代表用管道将 house1j 和 house2j连接在一起的成本。连接是双向的。


请返回 为所有房子都供水的最低总成本 。


这道题很高频,引起注意,


本身也不难,转化一下变成最小生成树的问题即可。


输入:n = 3, wells = [1,2,2], pipes = [[1,2,1],[2,3,1]]。


输出:3。


来自小红书、字节跳动。


答案2023-08-04:

# 大体过程如下:


1.初始化:


1.1.创建边数组 edges 用于存储管道的信息。


1.2.将每个房子 i 作为一个独立的连通分量,创建并查集的父数组 father[i] 初始化为 i。


1.3.创建每个房子的大小数组 size[i] 初始化为 1。


1.4.创建辅助数组 help 用于路径压缩。


2.构建边数组:


2.1.将每个房子 i 内建造水井的成本 wells[i-1] 加入边数组 edges。


2.2.将每个管道 [house1j, house2j, costj] 的信息加入边数组 edges。


3.对边数组进行排序:


3.1.根据边的成本从小到大对边数组 edges 进行排序。


4.构建并查集:


4.1.调用 build(n) 函数来初始化并查集。


5.最小生成树的构建与计算最低总成本:

5.1.初始化 ans = 0,用于记录最低总成本。


5.2.遍历边数组 edges,对于每条边 edges[i],执行以下步骤:


5.2.1.判断边 edges[i] 的两个节点是否连通(使用并查集中的 find() 函数):


5.2.1.1.若不连通,则将这两个节点合并(使用并查集中的 union() 函数)。


5.2.1.2.同时累加上该边的成本 edges[i][2] 到总成本 ans 中。


6.返回最低总成本 ans。


总的时间复杂度:O((n+m)log(n+m)),其中 n 是房子数量,m 是管道数量,因为对边数组进行了排序。


总的空间复杂度:O(n+m),其中 n 是房子数量,m 是管道数量(边的数量)。


# go完整代码如下:


```go

package main


import (

"fmt"

"sort"

)


const MAXN = 10010


var edges [][3]int

var esize int

var father [MAXN]int

var size [MAXN]int

var help [MAXN]int


func build(n int) {

for i := 0; i <= n; i++ {

father[i] = i

size[i] = 1

}

}


func find(i int) int {

s := 0

for i != father[i] {

help[s] = i

i = father[i]

s++

}

for s > 0 {

s--

father[help[s]] = i

}

return i

}


func union(i, j int) bool {

f1 := find(i)

f2 := find(j)

if f1 != f2 {

if size[f1] >= size[f2] {

father[f2] = f1

size[f1] += size[f2]

} else {

father[f1] = f2

size[f2] += size[f1]

}

return true

}

return false

}


func minCostToSupplyWater(n int, wells []int, pipes [][]int) int {

esize = 0

for i := 0; i < n; i++ {

edges = append(edges, [3]int{0, i + 1, wells[i]})

esize++

}

for i := 0; i < len(pipes); i++ {

edges = append(edges, [3]int{pipes[i][0], pipes[i][1], pipes[i][2]})

esize++

}

sort.Slice(edges, func(i, j int) bool {

return edges[i][2] < edges[j][2]

})

build(n)

ans := 0

for i := 0; i < esize; i++ {

if union(edges[i][0], edges[i][1]) {

ans += edges[i][2]

}

}

return ans

}


func main() {

n := 3

wells := []int{1, 2, 2}

pipes := [][]int{{1, 2, 1}, {2, 3, 1}}


result := minCostToSupplyWater(n, wells, pipes)

fmt.Println(result)

}


```


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# rust代码如下:


```rust

const MAXN: i32 = 10010;


static mut EDGES: [[i32; 3]; (MAXN << 1) as usize] = [[0; 3]; (MAXN << 1) as usize];

static mut ESIZE: i32 = 0;


static mut FATHER: [i32; MAXN as usize] = [0; MAXN as usize];

static mut SIZE: [i32; MAXN as usize] = [0; MAXN as usize];

static mut HELP: [i32; MAXN as usize] = [0; MAXN as usize];


fn build(n: i32) {

    for i in 0..=n {

        unsafe {

            FATHER[i as usize] = i;

            SIZE[i as usize] = 1;

        }

    }

}


fn find(i: i32) -> i32 {

    let mut s = 0;

    unsafe {

        let mut index = i;

        while index != FATHER[index as usize] {

            HELP[s] = index;

            index = FATHER[index as usize];

            s += 1;

        }

        while s > 0 {

            s -= 1;

            FATHER[HELP[s] as usize] = index;

        }

        return index;

    }

}


fn union(i: i32, j: i32) -> bool {

    let f1 = find(i);

    let f2 = find(j);

    unsafe {

        if f1 != f2 {

            if SIZE[f1 as usize] >= SIZE[f2 as usize] {

                FATHER[f2 as usize] = f1;

                SIZE[f1 as usize] += SIZE[f2 as usize];

            } else {

                FATHER[f1 as usize] = f2;

                SIZE[f2 as usize] += SIZE[f1 as usize];

            }

            return true;

        } else {

            return false;

        }

    }

}


fn min_cost_to_supply_water(n: i32, wells: &[i32], pipes: &[[i32; 3]]) -> i32 {

    unsafe {

        ESIZE = 0;

        for i in 0..n {

            EDGES[ESIZE as usize][0] = 0;

            EDGES[ESIZE as usize][1] = i + 1;

            EDGES[ESIZE as usize][2] = wells[i as usize];

            ESIZE += 1;

        }

        for i in 0..pipes.len() {

            EDGES[ESIZE as usize][0] = pipes[i][0] as i32;

            EDGES[ESIZE as usize][1] = pipes[i][1] as i32;

            EDGES[ESIZE as usize][2] = pipes[i][2];

            ESIZE += 1;

        }

        EDGES[0..ESIZE as usize].sort_by(|a, b| a[2].cmp(&b[2]));

        build(n);

        let mut ans = 0;

        for i in 0..ESIZE {

            if union(EDGES[i as usize][0], EDGES[i as usize][1]) {

                ans += EDGES[i as usize][2];

            }

        }

        return ans;

    }

}


fn main() {

    let n = 3;

    let wells = [1, 2, 2];

    let pipes = [[1, 2, 1], [2, 3, 1]];

    let result = min_cost_to_supply_water(n, &wells, &pipes);

    println!("Minimum cost to supply water: {}", result);

}


```


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# c++完整代码如下:


```cpp

#include <iostream>

#include <vector>

#include <array>

#include <algorithm>

using namespace std;


const int MAXN = 10010;

vector<array<int, 3>> edges;

int father[MAXN];

int size2[MAXN];

int help[MAXN];


void build(int n) {

    for (int i = 0; i <= n; i++) {

        father[i] = i;

        size2[i] = 1;

    }

}


int find(int i) {

    int s = 0;

    while (i != father[i]) {

        help[s++] = i;

        i = father[i];

    }

    while (s > 0) {

        father[help[--s]] = i;

    }

    return i;

}


bool unionSet(int i, int j) {

    int f1 = find(i);

    int f2 = find(j);

    if (f1 != f2) {

        if (size2[f1] >= size2[f2]) {

            father[f2] = f1;

            size2[f1] += size2[f2];

        }

        else {

            father[f1] = f2;

            size2[f2] += size2[f1];

        }

        return true;

    }

    else {

        return false;

    }

}


int minCostToSupplyWater(int n, vector<int>& wells, vector<vector<int>>& pipes) {

    edges.clear();

    for (int i = 0; i < n; i++) {

        edges.push_back({ 0, i + 1, wells[i] });

    }

    for (int i = 0; i < pipes.size(); i++) {

        edges.push_back({ pipes[i][0], pipes[i][1], pipes[i][2] });

    }

    sort(edges.begin(), edges.end(), [](const array<int, 3>& a, const array<int, 3>& b) {

        return a[2] < b[2];

        });

    build(n);

    int ans = 0;

    for (int i = 0; i < edges.size(); i++) {

        if (unionSet(edges[i][0], edges[i][1])) {

            ans += edges[i][2];

        }

    }

    return ans;

}


int main() {

    int n = 3;

    vector<int> wells = { 1, 2, 2 };

    vector<vector<int>> pipes = { {1, 2, 1}, {2, 3, 1} };

    int result = minCostToSupplyWater(n, wells, pipes);

    cout << "Minimum cost to supply water: " << result << endl;

    return 0;

}

```


![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/72eacefe2ed24d0b88a3b8517e300598.png)


# c完整代码如下:


```c

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>


#define MAXN 10010


int edges[MAXN << 1][3];

int esize;

int father[MAXN];

int size[MAXN];

int help[MAXN];


void build(int n) {

    for (int i = 0; i <= n; i++) {

        father[i] = i;

        size[i] = 1;

    }

}


int find(int i) {

    int s = 0;

    while (i != father[i]) {

        help[s++] = i;

        i = father[i];

    }

    while (s > 0) {

        father[help[--s]] = i;

    }

    return i;

}


int union2(int i, int j) {

    int f1 = find(i);

    int f2 = find(j);

    if (f1 != f2) {

        if (size[f1] >= size[f2]) {

            father[f2] = f1;

            size[f1] += size[f2];

        }

        else {

            father[f1] = f2;

            size[f2] += size[f1];

        }

        return 1;

    }

    else {

        return 0;

    }

}


int minCostToSupplyWater(int n, int wells[], int pipes[][3], int pipesSize) {

    esize = 0;

    for (int i = 0; i < n; i++, esize++) {

        edges[esize][0] = 0;

        edges[esize][1] = i + 1;

        edges[esize][2] = wells[i];

    }

    for (int i = 0; i < pipesSize; i++, esize++) {

        edges[esize][0] = pipes[i][0];

        edges[esize][1] = pipes[i][1];

        edges[esize][2] = pipes[i][2];

    }


    // Sort edges based on the third column (weights)

    for (int i = 0; i < esize; i++) {

        for (int j = 0; j < esize - 1; j++) {

            if (edges[j][2] > edges[j + 1][2]) {

                int temp[3];

                temp[0] = edges[j][0];

                temp[1] = edges[j][1];

                temp[2] = edges[j][2];

                edges[j][0] = edges[j + 1][0];

                edges[j][1] = edges[j + 1][1];

                edges[j][2] = edges[j + 1][2];

                edges[j + 1][0] = temp[0];

                edges[j + 1][1] = temp[1];

                edges[j + 1][2] = temp[2];

            }

        }

    }


    build(n);

    int ans = 0;

    for (int i = 0; i < esize; i++) {

        if (union2(edges[i][0], edges[i][1])) {

            ans += edges[i][2];

        }

    }

    return ans;

}


int main() {

    int n = 3;

    int wells[] = { 1, 2, 2 };

    int pipes[][3] = { {1, 2, 1}, {2, 3, 1} };

    int pipesSize = sizeof(pipes) / sizeof(pipes[0]);


    int result = minCostToSupplyWater(n, wells, pipes, pipesSize);

    printf("Minimum cost to supply water: %d\n", result);


    return 0;

}

```


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