最小生成树

  定义:一个有 n 个结点的连通图的生成树是原图的极小连通子图,且包含原图中的

 所有n 个结点,并且有保持图连通的最少的边。常用kruskal算法或prim算法求解。




 

kruskal算法:

  前置知识:并查集判环,优先队列。

   算法流程:

    1.以每个点为元素建立并查集。

    2.将所有边以边长为主元插入优先队列。

    3.依次取出优先队列中边长最小的边,判断x,y是否在同一个集合

        是: 跳过。

        否:将x,y所在集合合并,将该边加入树中。

    4.所有点都处于同一个集合,算法结束。

   下面我们证明算法的正确性:

      假设上述流程所得到的不是最小生成树,则一定存在一个节点x,满足

  x->A(A为除了节点x外,剩下的节点的组成的最小生成树)存在一条边U(x->A)

  小于x->A的最小距离,则U(x->A)必定在当前边之前被取出,与优先队列的性质

  不符合,假设不成立,可知该算法得到的生成树为这个图的最小生成树。

   模板

  

#include<bits/stdc++.h>
#define N 1000000

using namespace std;

struct node 
{
    int x,y,v;
    bool friend operator <(const node &a,const node &b)
    {
        return a.v>b.v;
    }
}e[N];
int fa[N];
int n,m;
int ans,cut;
priority_queue<node>dl;

int find(int x)
{
    if(fa[x]!=x)return fa[x]=find(fa[x]);
    return fa[x];
}

void kruskal()
{
    while(dl.size())
    {
        node t=dl.top();
        dl.pop();
        int x=t.x,y=t.y,v=t.v;
        int fx=find(x);
        int fy=find(y);
        if(fx==fy)continue;
        fa[fx]=fy;
        e[++cut]=t;
    }
}
int main()
{
    cin>>n>>m;
    for(int i=1;i<=m;i++)
    {
        int x,y,v;
        scanf("%d%d%d",&x,&y,&v);
        dl.push({x,y,v});
    }
    
    for(int i=1;i<=n;i++) fa[i]=i;
    kruskal();
    for(int i=1;i<=cut;i++)
        printf("%d %d %d\n",e[i].x,e[i].y,e[i].v);
    return 0;
}




prime算法:

  摘录于:https://blog.csdn.net/lqcsp/article/details/14118871

    Prime算法的核心步骤是:在带权连通图中V是包含所有顶点的集合,U已

  经在最小生成树中的节点,从图中任意某一顶点v开始,此时集合U={v},重复

  执行下述操作:在所有u∈U,w∈V-U的边(u,w)∈E中找到一条权值最小的边,

  将(u,w)这条边加入到已找到边的集合,并且将点w加入到集合U中,当U=V时,

  就找到了这颗最小生成树。其实,算法的核心步骤就是:在所有u∈U,w∈V-U

  的边(u,w)∈E中找到一条权值最小的边。

        下面我就用图示法来演示一下工作流程,如图:

最小生成树

    首先,确定起始顶点。我以顶点A作为起始点。根据查找法则,与点A相邻

  的点有点B和点H,比较AB与AH,我们选择点B,如下图。并将点B加入到U中。

最小生成树

     继续下一步,此时集合U中有{A,B}两个点,再分别以这两点为起始点,根据

  查找法则,找到边BC(当有多条边权值相等时,可选任意一条),如下图。并将

  点C加入到U中。

最小生成树

    继续,此时集合U中有{A,B,C}三个点,根据查找法则,我们找到了符合要求的

  边CI,如下图。并将点I加入到U中。


最小生成树

    继续,此时集合U中有{A,B,C,I}四个点,根绝查找法则,找到符合要求的边CF,

  如下图。并将点F加入到集合U中。

最小生成树

    继续,依照查找法则我们找到边FG,如下图。并将点G加入到U中。

最小生成树

     继续,依照查找法则我们找到边GH,如下图。并将点H加入到U中。

最小生成树

    继续,依照查找法则我们找到边CD,如下图。并将点D加入到U中。

最小生成树

    继续,依照查找法则我们找到边DE,如下图。并将点E加入到U中。

最小生成树

    此时,满足U = V,即找到了这颗最小生成树

#include <algorithm>
const int MAX_V = 100;
const int INF = 1000000;
int cost[MAX_V][MAX_V];//图
int V;
bool path[MAX_V][MAX_V];//记录结果
int res;
bool used[MAX_V];//表示是否访问过
int mincost[MAX_V];//表示到此点消耗值

void Prime()
{
    res = 0;//统计最小消耗
    for (int i = 0;i < V;++i)//初始化
    {
        used[i] = false;
        mincost[i] = INF;
        for (int j = 0;j < V;++j)
        {
            path[i][j] = false;
        }
    }
    mincost[0] = 0;//从0点开始
    int prev = 0;//记录路径
    while (true)
    {
        int visited = -1;
        for (int i = 0;i < V;++i)
        {
            if (!used[i] && (visited == -1 || mincost[i] < mincost[visited])) visited = i;//贪婪寻找最短边
        }
        if (visited == -1) break;
        used[visited] = true;
        if (visited)
        {
            path[prev][visited] = true;
            prev = visited;
        }
        res += mincost[visited];
        for (int i = 0;i < V;++i)
        {
            mincost[i] = std::min(mincost[i], cost[visited][i]);
        }
    }
}

 

 

 

   

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