1-2 pages, Essay on union find, I need it done in 5 hours

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20200903063157union_find_assignment1.zip

QuickFindUF.java

QuickFindUF.java

package   UnionFind_SourceCode ;

public   class   QuickFindUF   {
     private   int []  id ;      // id[i] = component identifier of i
     private   int  count ;     // number of components

     /**
     * Initializes an empty union-find data structure with
     * { @code  n} elements { @code  0} through { @code  n-1}. 
     * Initially, each elements is in its own set.
     *
     *  @param   n the number of elements
     *  @throws  IllegalArgumentException if { @code  n < 0}
     */
     public   QuickFindUF ( int  n )   {
        count  =  n ;
        id  =   new   int [ n ];
         for   ( int  i  =   0 ;  i  <  n ;  i ++ )
            id [ i ]   =  i ;
     }

     /**
     * Returns the number of sets.
     *
     *  @return  the number of sets (between { @code  1} and { @code  n})
     */
     public   int  count ()   {
         return  count ;
     }
  
     /**
     * Returns the canonical element of the set containing element { @code  p}.
     *
     *  @param   p an element
     *  @return  the canonical element of the set containing { @code  p}
     *  @throws  IllegalArgumentException unless { @code  0 <= p < n}
     */
     public   int  find ( int  p )   {
        validate ( p );
         return  id [ p ];
     }

     // validate that p is a valid index
     private   void  validate ( int  p )   {
         int  n  =  id . length ;
         if   ( <   0   ||  p  >=  n )   {
             throw   new   IllegalArgumentException ( "index "   +  p  +   " is not between 0 and "   +   ( n - 1 ));
         }
     }

     /**
     * Returns true if the two elements are in the same set.
     * 
     *  @param   p one element
     *  @param   q the other element
     *  @return  { @code  true} if { @code  p} and { @code  q} are in the same set;
     *         { @code  false} otherwise
     *  @throws  IllegalArgumentException unless
     *         both { @code  0 <= p < n} and { @code  0 <= q < n}
     *  @deprecated  Replace with two calls to { @link  #find(int)}.
     */
    @ Deprecated
     public   boolean  connected ( int  p ,   int  q )   {
        validate ( p );
        validate ( q );
         return  id [ p ]   ==  id [ q ];
     }
  
     /**
     * Merges the set containing element { @code  p} with the 
     * the set containing element { @code  q}.
     *
     *  @param   p one element
     *  @param   q the other element
     *  @throws  IllegalArgumentException unless
     *         both { @code  0 <= p < n} and { @code  0 <= q < n}
     */
     public   void  union ( int  p ,   int  q )   {
        validate ( p );
        validate ( q );
         int  pID  =  id [ p ];     // needed for correctness
         int  qID  =  id [ q ];     // to reduce the number of array accesses

         // p and q are already in the same component
         if   ( pID  ==  qID )   return ;

         for   ( int  i  =   0 ;  i  <  id . length ;  i ++ )
             if   ( id [ i ]   ==  pID )  id [ i ]   =  qID ;
        count -- ;
     }

     /**
     * Reads an integer { @code  n} and a sequence of pairs of integers
     * (between { @code  0} and { @code  n-1}) from standard input, where each integer
     * in the pair represents some element;
     * if the elements are in different sets, merge the two sets
     * and print the pair to standard output.
     * 
     *  @param  args the command-line arguments
     */
     public   static   void  main ( String []  args )   {
         int  n  =   64 ;
        
         QuickFindUF  uf  =   new   QuickFindUF ( n );
         for   (   int  k  =   0 ;  k  <  n - 1 ;  k ++   )  uf . union ( k ,  k + 1 );
        uf . displaySubsets (   );   // Test 1(a)
        
        uf  =   new   QuickFindUF ( n );   // equivalent to reset, old gets garbage collected
         for   (   int  k  =   0 ;  k  <  n - 1 ;  k ++   )  uf . union ( k ,  n - 1 );
        uf . displaySubsets (   );   // Test 1(b)
        
        uf  =   new   QuickFindUF ( n );   // equivalent to reset, old gets garbage collected
         for   (   int  k  =   0 ;  k  <  n - 1 ;  k  +=   4   ){  
            uf . union ( k ,  k + 1 );  
            uf . union ( k + 2 ,  k + 3 );  
            uf . union ( k ,  k + 3 );  
         }
        
         for   (   int  k  =   0 ;  k  <  n - 1 ;  k  +=   16   ){  
            uf . union ( k ,  k + 4 );  
            uf . union ( k ,  k + 8 );  
            uf . union ( k ,  k + 12 );  
         }
        
        uf . union ( 0 ,   16 );  
        uf . union ( 0 ,   32 );  
        uf . union ( 0 ,   48 );
        uf . displaySubsets (   );   // Test 1(c)
                
         }

     // prints out the contents of the array id[] from id[0] to id[n-1]
     private   void  displaySubsets ()   {
          System . out . print ( "[" );
          for   ( int  i  =   0 ;  i  <  id . length ;  i ++ )   {
              System . out . print ( id [ i ] + " " );
          }
          System . out . println ( "]\n" );
     }

}

QuickUnionUF.java

QuickUnionUF.java

package   UnionFind_SourceCode ;

public   class   QuickUnionUF   {
     private   int []  parent ;    // parent[i] = parent of i
     private   int  count ;       // number of components

     /**
     * Initializes an empty union-find data structure with
     * { @code  n} elements { @code  0} through { @code  n-1}. 
     * Initially, each elements is in its own set.
     *
     *  @param   n the number of elements
     *  @throws  IllegalArgumentException if { @code  n < 0}
     */
     public   QuickUnionUF ( int  n )   {
        parent  =   new   int [ n ];
        count  =  n ;
         for   ( int  i  =   0 ;  i  <  n ;  i ++ )   {
            parent [ i ]   =  i ;
         }
     }

     /**
     * Returns the number of sets.
     *
     *  @return  the number of sets (between { @code  1} and { @code  n})
     */
     public   int  count ()   {
         return  count ;
     }
  
     /**
     * Returns the canonical element of the set containing element { @code  p}.
     *
     *  @param   p an element
     *  @return  the canonical element of the set containing { @code  p}
     *  @throws  IllegalArgumentException unless { @code  0 <= p < n}
     */
     public   int  find ( int  p )   {
        validate ( p );
         while   ( !=  parent [ p ])
            p  =  parent [ p ];
         return  p ;
     }

     // validate that p is a valid index
     private   void  validate ( int  p )   {
         int  n  =  parent . length ;
         if   ( <   0   ||  p  >=  n )   {
             throw   new   IllegalArgumentException ( "index "   +  p  +   " is not between 0 and "   +   ( n - 1 ));
         }
     }

     /**
     * Returns true if the two elements are in the same set.
     * 
     *  @param   p one element
     *  @param   q the other element
     *  @return  { @code  true} if { @code  p} and { @code  q} are in the same set;
     *         { @code  false} otherwise
     *  @throws  IllegalArgumentException unless
     *         both { @code  0 <= p < n} and { @code  0 <= q < n}
     *  @deprecated  Replace with two calls to { @link  #find(int)}.
     */
    @ Deprecated
     public   boolean  connected ( int  p ,   int  q )   {
         return  find ( p )   ==  find ( q );
     }

     /**
     * Merges the set containing element { @code  p} with the 
     * the set containing element { @code  q}.
     *
     *  @param   p one element
     *  @param   q the other element
     *  @throws  IllegalArgumentException unless
     *         both { @code  0 <= p < n} and { @code  0 <= q < n}
     */
     public   void  union ( int  p ,   int  q )   {
         int  rootP  =  find ( p );
         int  rootQ  =  find ( q );
         if   ( rootP  ==  rootQ )   return ;
        parent [ rootP ]   =  rootQ ;  
        count -- ;
     }

     /**
     * Reads an integer { @code  n} and a sequence of pairs of integers
     * (between { @code  0} and { @code  n-1}) from standard input, where each integer
     * in the pair represents some element;
     * if the elements are in different sets, merge the two sets
     * and print the pair to standard output.
     * 
     *  @param  args the command-line arguments
     */
     public   static   void  main ( String []  args )   {
         int  n  =   64 ;
        
         QuickUnionUF  uf  =   new   QuickUnionUF ( n );
         for   (   int  k  =   0 ;  k  <  n - 1 ;  k ++   )  uf . union ( k ,  k + 1 );
        uf . displaySubsets (   );   // Test 2(a)
        
        uf  =   new   QuickUnionUF ( n );   // equivalent to reset...
         for   (   int  k  =   0 ;  k  <  n - 1 ;  k ++   )  uf . union ( k ,  n - 1 );
        uf . displaySubsets (   );   // Test 2(b)
        
        uf  =   new   QuickUnionUF ( n );   // equivalent to reset...
         for   (   int  k  =   0 ;  k  <  n - 1 ;  k  +=   4   ){  
            uf . union ( k ,  k + 1 );  
            uf . union ( k + 2 ,  k + 3 );  
            uf . union ( k ,  k + 3 );  
         }
         for   (   int  k  =   0 ;  k  <  n - 1 ;  k  +=   16   ){  
            uf . union ( k ,  k + 4 );  
            uf . union ( k ,  k + 8 );  
            uf . union ( k ,  k + 12 );  
         }
        
        uf . union ( 0 ,   16 );  
        uf . union ( 0 ,   32 );  
        uf . union ( 0 ,   48 );
        uf . displaySubsets (   );   // Test 2(c)
     }

     // prints out the contents of the array id[] from id[0] to id[n-1]
     private   void  displaySubsets ()   {
         System . out . print ( "[" );
         for   ( int  i  =   0 ;  i  <  parent . length ;  i ++ )   {  
             System . out . print ( parent [ i ] + " " );
         }
         System . out . println ( "]\n" );
     }


}

WeightedQuickUnionUF.java

WeightedQuickUnionUF.java

package   UnionFind_SourceCode ;

public   class   WeightedQuickUnionUF   {
     private   int []  parent ;     // parent[i] = parent of i
     private   int []  size ;       // size[i] = number of elements in subtree rooted at i
     private   int  count ;        // number of components

     /**
     * Initializes an empty union-find data structure with
     * { @code  n} elements { @code  0} through { @code  n-1}. 
     * Initially, each elements is in its own set.
     *
     *  @param   n the number of elements
     *  @throws  IllegalArgumentException if { @code  n < 0}
     */
     public   WeightedQuickUnionUF ( int  n )   {
        count  =  n ;
        parent  =   new   int [ n ];
        size  =   new   int [ n ];
         for   ( int  i  =   0 ;  i  <  n ;  i ++ )   {
            parent [ i ]   =  i ;
            size [ i ]   =   1 ;
         }
     }

     /**
     * Returns the number of sets.
     *
     *  @return  the number of sets (between { @code  1} and { @code  n})
     */
     public   int  count ()   {
         return  count ;
     }
  
     /**
     * Returns the canonical element of the set containing element { @code  p}.
     *
     *  @param   p an element
     *  @return  the canonical element of the set containing { @code  p}
     *  @throws  IllegalArgumentException unless { @code  0 <= p < n}
     */
     public   int  find ( int  p )   {
        validate ( p );
         while   ( !=  parent [ p ])
            p  =  parent [ p ];
         return  p ;
     }

     /**
     * Returns true if the two elements are in the same set.
     * 
     *  @param   p one element
     *  @param   q the other element
     *  @return  { @code  true} if { @code  p} and { @code  q} are in the same set;
     *         { @code  false} otherwise
     *  @throws  IllegalArgumentException unless
     *         both { @code  0 <= p < n} and { @code  0 <= q < n}
     *  @deprecated  Replace with two calls to { @link  #find(int)}.
     */
    @ Deprecated
     public   boolean  connected ( int  p ,   int  q )   {
         return  find ( p )   ==  find ( q );
     }

     // validate that p is a valid index
     private   void  validate ( int  p )   {
         int  n  =  parent . length ;
         if   ( <   0   ||  p  >=  n )   {
             throw   new   IllegalArgumentException ( "index "   +  p  +   " is not between 0 and "   +   ( n - 1 ));   
         }
     }

     /**
     * Merges the set containing element { @code  p} with the 
     * the set containing element { @code  q}.
     *
     *  @param   p one element
     *  @param   q the other element
     *  @throws  IllegalArgumentException unless
     *         both { @code  0 <= p < n} and { @code  0 <= q < n}
     */
     public   void  union ( int  p ,   int  q )   {
         int  rootP  =  find ( p );
         int  rootQ  =  find ( q );
         if   ( rootP  ==  rootQ )   return ;

         // make smaller root point to larger one
         if   ( size [ rootP ]   <  size [ rootQ ])   {
            parent [ rootP ]   =  rootQ ;
            size [ rootQ ]   +=  size [ rootP ];
         }
         else   {
            parent [ rootQ ]   =  rootP ;
            size [ rootP ]   +=  size [ rootQ ];
         }
        count -- ;
     }


     /**
     * Reads an integer { @code  n} and a sequence of pairs of integers
     * (between { @code  0} and { @code  n-1}) from standard input, where each integer
     * in the pair represents some element;
     * if the elements are in different sets, merge the two sets
     * and print the pair to standard output.
     * 
     *  @param  args the command-line arguments
     */
     public   static   void  main ( String []  args )   {
         int  n  =   64 ;
        
         WeightedQuickUnionUF  uf  =   new   WeightedQuickUnionUF ( n );
         for   (   int  k  =   0 ;  k  <  n - 1 ;  k ++   )  uf . union ( k ,  k + 1 );
        uf . displaySubsets (   );   // Test 3(a)
        
        uf  =   new   WeightedQuickUnionUF ( n );   // equivalent to reset...
         for   (   int  k  =   0 ;  k  <  n - 1 ;  k ++   )  uf . union ( k ,  n - 1 );
        uf . displaySubsets (   );   // Test 3(b)
        
        uf  =   new   WeightedQuickUnionUF ( n );   // equivalent to reset...
         for   (   int  k  =   0 ;  k  <  n - 1 ;  k  +=   4   ){
            uf . union ( k ,  k + 1 );  
            uf . union ( k + 2 ,  k + 3 );  
            uf . union ( k ,  k + 3 );  
         }
         for   (   int  k  =   0 ;  k  <  n - 1 ;  k  +=   16   ){
            uf . union ( k ,  k + 4 );  
            uf . union ( k ,  k + 8 );  
            uf . union ( k ,  k + 12 );  
         }
        
        uf . union ( 0 ,   16 );  
        uf . union ( 0 ,   32 );  
        uf . union ( 0 ,   48 );
        uf . displaySubsets (   );   // Test 3(c)
     }

     // prints out the contents of the array id[] from id[0] to id[n-1]
     private   void  displaySubsets ()   {
         System . out . print ( "[" );
         for   ( int  i  =   0 ;  i  <  parent . length ;  i ++ )   {  
             System . out . print ( parent [ i ] + " " );
         }

         System . out . println ( "]\n" );       
     }

}