• 最小生成树之Kruskal算法


    Kruskal算法的高效实现需要一种称作并查集的结构。我们在这里步介绍并查集,只介绍Kruskal算法的基本思想和证明,实现留在以后讨论。
     

    Kruskal算法的过程:
     

    (1) 将全部边按照权值由小到大排序。
    (2) 按顺序(边权由小到大的顺序)考虑每条边,只要这条边和我们已经选择的边不构成圈,就保留这条边,否则放弃这条边。

    算法 成功选择(n-1)条边后,形成一个棵最小生成树,当然如果算法无法选择出(n-1)条边,则说明原图不连通。

    以下图为例:

    边排序后为:

    1 AF 1

    2 DE 4

    3 BD 5

    4 BC 6

    5 CD 10

    6 BF 11

    7 DF 14

    8 AE 16

    9 AB 17

    10 EF 33

    算法处理过程如下:

    处理边AF,点A与点F不在同一个集合里,选中AF。

    处理边DE,点D与点E不在同一个集合里,选中DE

    处理边BD,点B与点D不在同一个集合里,选中BD

    处理边BC,点B与点C不在同一个集合里,选中BC

    处理边CD,点C与点D在同一个集合里,放弃CD。

    处理边BF,点B与点F不在同一个集合里,选中BF。

    至此,所有的点都连在了一起,剩下的边DF,AE,AB,EF不用继续处理了,算法执行结束。

    Kruskal算法的证明。假设图连通,我们证明Krusal算法得到一棵最小生成树。我们假设Kruskal算法得到的树是K (注意我们已经假设Kruskal算法一定可以得到生成树)。假设T是一棵最小生成树,并且K ≠T, K中显然至少有一条边。我们找到在K中,而不在T中最小权值的边e。


    把e加入T中,则形成一个圈,删掉这个圈中不在K中的边f,得到新的生成树T’。
    f的存在性,如果全里面所有的边都在K中,则K包含圈,矛盾。


    考虑边权值关系:


    (1) 若w(f) > w(e), 则T’的权值和小于T的权值和,与T是最小生成树矛盾。
    (2) 若w(f) < w(e), 说明Kruskal算法在考虑加入e之前先考虑了边f,之所以没加入f是因为f和之前加入的边形成圈,之前加入的边权值显然不超过w(f) (因为加边是从小到大的顺序加入的),所以之前加入的边权值一定小于w(e)。而根据e的定义,K中权值小于w(e)的边都在T中,这说明T中的边会和f构成圈,矛盾。


    所以只能w(f) = w(e)。T’仍然是最小生成树,而T’和K相同的边多了一条。
    这样下去有限步之后,最终可以把T变为K,从而K也是最小生成树。

    最后,我们来提供输入输出数据,由你来写一段程序,实现这个算法,只有写出了正确的程序,才能继续后面的课程。

    输入

    第1行:2个数N,M中间用空格分隔,N为点的数量,M为边的数量。(2 <= N <= 1000, 1 <= M <= 50000)
    第2 - M + 1行:每行3个数S E W,分别表示M条边的2个顶点及权值。(1 <= S, E <= N,1 <= W <= 10000)

    输出

    输出最小生成树的所有边的权值之和。

    输入示例

    9 14
    1 2 4
    2 3 8
    3 4 7
    4 5 9
    5 6 10
    6 7 2
    7 8 1
    8 9 7
    2 8 11
    3 9 2
    7 9 6
    3 6 4
    4 6 14
    1 8 8


    输出示例

    37
    #include<iostream>
    #include<cstdio>
    #include<algorithm>
    using namespace std;
    #define MAX 50005
    int u[MAX];//边起始点
    int v[MAX];//边终点
    int w[MAX];//边权值
    int p[MAX];//并查集
    int r[MAX];//保存的边的序号
    int n,m;//n是结点数,m是边个数
    
    int cmp(const int i,const int j)
    {
        return w[i]<w[j];
    }
    
    int find(int x)
    {
       return p[x]==x?x:p[x]=find(p[x]);
    }
    
    int Kruskal(){
    
      int ans=0;
      for(int i=0;i<n;++i)
         p[i]=i;
      for(int i=0;i<m;++i)
         r[i]=i;
    
        sort(r,r+m,cmp);
    
       for(int i=0;i<m;++i)//循环变量的判断条件要注意下
       {
         int e=r[i];
         int x=find(u[e]);
         int y=find(v[e]);
         if(x!=y)
         {
            ans+=w[e];
            p[x]=y;
         }
       }
      return ans;
    }
    int main()
    {
    
       int uu,vv,ww;
       cin>>n>>m;
       for(int i=0;i<m;++i)
       {
       cin>>uu>>vv>>ww;
       u[i]=uu;
       v[i]=vv;
       w[i]=ww;
       }
       cout<<Kruskal()<<endl;
       return 0;
       }
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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/aerer/p/9930932.html
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