684. 冗余连接

一、题目

树可以看成是一个连通且 无环 的 无向 图。

给定往一棵 n 个节点 (节点值 1～n) 的树中添加一条边后的图。添加的边的两个顶点包含在 1 到 n 中间，且这条附加的边不属于树中已存在的边。图的信息记录于长度为 n 的二维数组 edges ，edges[i] = [ai, bi] 表示图中在 ai 和 bi 之间存在一条边。

请找出一条可以删去的边，删除后可使得剩余部分是一个有着 n 个节点的树。如果有多个答案，则返回数组 edges 中最后出现的边。

二、思路

并查集

三、代码

class Solution {
    public int[] findRedundantConnection(int[][] edges) {
        int n = edges.length;
        int[] parent = new int[n + 1];
        for (int i = 1; i <= n; i++) {
            parent[i] = i;
        }
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            int[] edge = edges[i];
            int node1 = edge[0], node2 = edge[1];
            if (find(parent, node1) != find(parent, node2)) {
                union(parent, node1, node2);
            } else {
                return edge;
            }
        }
        return new int[0];
    }

    public void union(int[] parent, int index1, int index2) {
        parent[find(parent, index1)] = find(parent, index2);
    }

    public int find(int[] parent, int index) {
        if (parent[index] != index) {
            parent[index] = find(parent, parent[index]);
        }
        return parent[index];
    }
}

四、分析

复杂度分析

时间复杂度：O(nlogn)，其中 n 是图中的节点个数。需要遍历图中的 n 条边，对于每条边，需要对两个节点查找祖先，如果两个节点的祖先不同则需要进行合并，需要进行 2 次查找和最多 1 次合并。一共需要进行 2n 次查找和最多 n 次合并，因此总时间复杂度是O(2nlogn)=O(nlogn)。

这里的并查集使用了路径压缩，但是没有使用按秩合并，最坏情况下的时间复杂度是 O(nlogn)，平均情况下的时间复杂度依然是 O(nα(n))，其中 α 为阿克曼函数的反函数，α(n) 可以认为是一个很小的常数。

空间复杂度：O(n)，其中 n 是图中的节点个数。使用数组 parent 记录每个节点的祖先。