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最小生成樹詳解 prim+ kruskal程式碼模板

最小生成樹概念:

一個有 n 個結點的連通圖的生成樹是原圖的極小連通子圖,且包含原圖中的所有 n 個結點,並且有保持圖連通的最少的邊。 最小生成樹可以用kruskal(克魯斯卡爾)演算法或prim(普里姆)演算法求出。最小生成樹其實是最小權重生成樹的簡稱。

prim:

概念:普里姆演算法(Prim演算法),圖論中的一種演算法,可在加權連通圖裡搜尋最小生成樹。意即由此演算法搜尋到的邊子集所構成的樹中,不但包括了連通圖裡的所有頂點,且其所有邊的權值之和亦為最小。

實現過程:

圖例說明不可選可選已選(Vnew
 

此為原始的加權連通圖。每條邊一側的數字代表其權值。 - - -

頂點D被任意選為起始點。頂點ABEF通過單條邊與D相連。A是距離D最近的頂點,因此將A及對應邊AD以高亮表示。 C, G A, B, E, F D
 

下一個頂點為距離DA最近的頂點。BD為9,距A為7,E為15,F為6。因此,FDA最近,因此將頂點F與相應邊DF以高亮表示。 C, G B, E, F A, D
演算法繼續重複上面的步驟。距離A為7的頂點B被高亮表示。 C B, E, G A, D, F
 

在當前情況下,可以在CEG間進行選擇。CB為8,EB為7,GF為11。E最近,因此將頂點E與相應邊BE高亮表示。 C, E, G A, D, F, B
 

這裡,可供選擇的頂點只有CGCE為5,GE為9,故選取C,並與邊EC一同高亮表示。 C, G A, D, F, B, E

頂點G是唯一剩下的頂點,它距F為11,距E為9,E最近,故高亮表示G及相應邊EG G A, D, F, B, E, C

現在,所有頂點均已被選取,圖中綠色部分即為連通圖的最小生成樹。在此例中,最小生成樹的權值之和為39。 A, D, F, B, E, C, G

演算法模板:

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include <iostream>
#include 
<bits/stdc++.h> #define IO ios::sync_with_stdio(false);\ cin.tie(0);\ cout.tie(0); #define MAX 0x3f3f3f3f using namespace std; int logo[1010];//用來標記0和1 表示這個點是否被選擇過 int map1[1010][1010];//鄰接矩陣用來儲存圖的資訊 int dis[1010];//記錄任意一點到這個點的最近距離 int n;//點個數 int prim() { int i,j,now; int sum=0; /*初始化*/ for(i=1; i<=n; i++) { dis[i]=MAX; logo[i]=0; } /*選定1為起始點,初始化*/ for(i=1; i<=n; i++) { dis[i]=map1[1][i]; } dis[1]=0; logo[1]=1; /*迴圈找最小邊,迴圈n-1次*/ for(i=1; i<n; i++) { now=MAX; int min1=MAX; for(j=1; j<=n; j++) { if(logo[j]==0&&dis[j]<min1) { now=j; min1=dis[j]; } } if(now==MAX) break;//防止不成圖 logo[now]=1; sum+=min1; for(j=1; j<=n; j++)//添入新點後更新最小距離 { if(logo[j]==0&&dis[j]>map1[now][j]) dis[j]=map1[now][j]; } } if(i<n) printf("?\n"); else printf("%d\n",sum); } int main() { while(scanf("%d",&n),n)//n是點數 { int m=n*(n-1)/2;//m是邊數 memset(map1,0x3f3f3f3f,sizeof(map1));//map是鄰接矩陣儲存圖的資訊 for(int i=0; i<m; i++) { int a,b,c; scanf("%d%d%d",&a,&b,&c); if(c<map1[a][b])//防止重邊 map1[a][b]=map1[b][a]=c; } prim(); } }

Kruskal演算法:

1.概覽

  Kruskal演算法是一種用來尋找最小生成樹的演算法,在剩下的所有未選取的邊中,找最小邊,如果和已選取的邊構成迴路,則放棄,選取次小邊。

2.實現過程

1).記Graph中有v個頂點,e個邊

2).新建圖Graphnew,Graphnew中擁有原圖中相同的e個頂點,但沒有邊

3).將原圖Graph中所有e個邊按權值從小到大排序

4).迴圈:從權值最小的邊開始遍歷每條邊 直至圖Graph中所有的節點都在同一個連通分量中  if 這條邊連線的兩個節點於圖Graphnew中不在同一個連通分量中   新增這條邊到圖Graphnew

  圖例描述:

首先第一步,我們有一張圖Graph,有若干點和邊 

將所有的邊的長度排序,用排序的結果作為我們選擇邊的依據。這裡再次體現了貪心演算法的思想。資源排序,對區域性最優的資源進行選擇,排序完成後,我們率先選擇了邊AD。這樣我們的圖就變成了下圖

在剩下的變中尋找。我們找到了CE。這裡邊的權重也是5

依次類推我們找到了6,7,7,即DF,AB,BE。

下面繼續選擇, BC或者EF儘管現在長度為8的邊是最小的未選擇的邊。但是現在他們已經連通了(對於BC可以通過CE,EB來連線,類似的EF可以通過EB,BA,AD,DF來接連)。所以不需要選擇他們。類似的BD也已經連通了(這裡上圖的連通線用紅色表示了)。最後就剩下EG和FG了。當然我們選擇了EG。

程式碼:

#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <algorithm>
using namespace std;
int n, m,sum;
struct node
{
    int start,end,power;//start為起始點,end為終止點,power為權值
} edge[5050];
int pre[5050];

int cmp(node a, node b)
{
    return a.power<b.power;//按照權值排序
}

int find(int x)//並查集找祖先
{
    if(x!=pre[x])
    {
        pre[x]=find(pre[x]);
    }
    return pre[x];
}

void merge(int x,int y,int n)//並查集合並函式,n是用來記錄最短路中應該加入哪個點
{
    int fx=find(x);
    int fy=find(y);
    if(fx!=fy)
    {
        pre[fx]=fy;
        sum+=edge[n].power;
    }
}
int main()
{
    while(~scanf("%d", &n), n)//n是點數
    {
        sum=0;
        m=n*(n-1)/2;//m是邊數,可以輸入
        int i;
        int start,end,power;
        for(i=1; i<=m; i++)
        {
            scanf("%d %d %d", &start, &end, &power);
            edge[i].start=start,edge[i].end=end,edge[i].power=power;
        }
        for(i=1; i<=m; i++)
        {
            pre[i]=i;
        }//並查集初始化
        sort(edge+1, edge+m+1,cmp);
        for(i=1; i <= m; i++)
        {
            merge(edge[i].start,edge[i].end,i);
        }
        printf("%d\n",sum);
    }
    return 0;
}

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