• 【算法随笔】最小生成树


    最小生成树(MST):[洛谷模版传送门]

    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。

    ——度娘百度百科

    说白了就是给你一个图,把边权等都给你(特殊情况是相等的)。然后让这些节点全部都连成一颗树,问最小的代价是多少。

    本篇blog会对kruskal算法进行详细讲解。其实是Prim掌握还不熟

    kruskal算法是用的比较多的一类求最小生成树的算法。核心思想是贪心。程序要做的重要两步:

    1.给边排序,比较的标准是边的权值,小的在前面。

    2.开始从排序后开始枚举边,如果这条边的起点和终点已经联通,则不管,反之则加入。

    为什么这个方法是对的呢?

    请你思考一下:每个可以联通的点,因为已经排好了序,如果节点v还没有加入,现有一条(u,v)的边,肯定比其他到v的权值更小。

    我们采取“逐个击破”的原则去做出这两步:

    一.给边排序

     这里有两种方案可以让边进行快速排序(当然你要手写快排我也不拦你)

    1.为sort函数传入第三个参数

    有兴趣的同学可以看一下sort

    如果有同学问:为什么有两个sort函数?

    C++是支持函数重载的,只要参数个数和类型不同,都可以同时存在

    然后我们可以定义一个compare函数(其实很复杂的,目前可以先这么理解)

    然后我们传参进去,穿的是compare函数的地址。

    1 bool cmp(Edge x,Edge y){return x.dis<y.dis;}
    2 sort(edge,edge+m,cmp);//注意这个地方cmp后面没有括号和参数!!!

    这是第一种定义大小比较。

    2.重载运算符'<'

    在Edge的结构体内放上这样一行:

    bool operator <(const Edge& A)const{
        return dis<A.dis;
    }//const修饰符不要忘了!!!

    这个时候可以直接sort。

    二.枚举边,看终点是否已经连接

     这个看上去很麻烦。。。判断联通是比较困难的,BFS和DFS都可以,但是——TLE会向你招手

    那有没有一个比较简单易学的算法来实现呢?

    我们发现:如果一个点和另一个点联通,他们之间是可以不管父亲儿子节点。

    于是有同学想到了STL的容器set没错那个同学就是我

    但是set太low了是错的。因为边排序后,生成(联通)每一条边并不一定相等。

    所以我们需要一个高效简介的算法:并查集

    我们只需要维护一个f数组,f[u]表示节点u的父亲。

    再套一个函数find,用于找到u的最终祖先。

    1 int find(int x){return f[x]==x?x:f[x]=find(f[x]);}//简洁
    3 f[v]=u;//让v的的父亲变成u

    所以,我们以洛谷测试为例:

    krusal的过程是这样的:

    (1)ans+=2;

     (2)ans+=2;

     (3)ans+=3;

    下面仍给出代码:

     1 #include<bits/stdc++.h>
     2 namespace Jason{
     3     inline int scan(int &x){
     4     int f=1;x=0;char s=getchar();
     5     while(s<'0' || s>'9'){if(s=='-') f=-1;s=getchar();}
     6     while(s>='0' && s<='9'){x=x*10+s-'0';s=getchar();}
     7     x*=f;
     8     return 1;//返回1说明读入正常 
     9 }
    10     inline int print(int x){
    11         if(x<0){putchar('-');x=-x;}
    12         if(x>9)print(x/10);char s=x%10+'0';
    13         putchar(s);
    14         return 1;//返回1说明输出正确 
    15     }
    16 }
    17 using namespace std;
    18 using namespace Jason;
    19 const int maxn=5005;
    20 const int maxm=200005;
    21 struct Edge{
    22     int s,t,dis;
    23 bool operator <(const Edge A)const{
    24     return dis<A.dis;
    25 } 
    26 }edge[maxm<<1];
    27 int n,m,tot=-1;
    28 int f[maxn];
    29 //-----------------------------------------------数据结构和读入输出优化 
    30 void init(){for(int i=1;i<=n;++i)f[i]=i;}
    31 inline int find(int x){return f[x]==x?x:f[x]=find(f[x]);}
    32 //-----------------------------------------------并查集相关函数 
    33 bool cmp(Edge x,Edge y){return x.dis<y.dis;}
    34 void add(int u,int v,int w)
    35 {
    36     edge[++tot].s=u;
    37     edge[tot].t=v;
    38     edge[tot].dis=w;
    39 }
    40 int kruskal(){
    41     int ans=0;
    42     sort(edge,edge+m);
    43     for(int i=0;i<m;++i)
    44     {
    45         int u=find(edge[i].s),v=find(edge[i].t);
    46         if(u!=v)
    47         ans+=edge[i].dis;
    48         f[v]=u;
    49     }
    50     return ans;
    51 }
    52 int main()
    53 {
    54     scan(n),scan(m);
    55     init();
    56     for(int i=0,x,y,z;i<m;++i)scan(x),scan(y),scan(z),add(x,y,z);
    57     int ans=kruskal();
    58     print(ans);
    59     putchar('
    ');
    60     return 0;
    61 }

    有一个动态算法可视网站[点我进入],里面有MST,Dijkstra,Bellman-Ford等算法,疯狂安利。

     

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