• 24最小生成树之Prim算法


    最小生成树的Prim算法

    思想:采用子树延伸法

    将顶点分成两类:

    生长点——已经在生成树上的顶点

    非生长点——未长到生成树上的顶点

    使用待选边表:

    每个非生长点在待选边表中有一条待选边,一端连着非生长点,另一端连着生长点

    步骤:

    步骤1)构造初始待选边表,任选一个顶点v作为初始生长点,对其余每个非生长点w(共n-1个),将边(w,v)加进待选边表,如果边(w,v)不存在,则认为边(w,v)的长度是∞。

    步骤2)循环n-2遍,非生长点个数k从n-1变到1。

       ①选择树边。

        从待选边表中选出一条最短的待选边(u,v),这里u是非生长点,v是生长点,将(u,v)从待选边表移入生成树的边集,并且将u作为新选出的生长点。

       ②修改待选边

        对剩下的每个非生长点w,比较待选边是(w,x)与边(w,u)的长度,这里x是原有的生长点,u是新选出的生长点,如果(w,u)短于边(w,x),则用(w,u)代替(w,x),作为w的待选边;否则,什么也不做。

    示例:

    以上为官方图例,如果看不懂可以看下面的世俗图解。。。。。。。。。。。。。。。。

    B为生长点,列出所有与B连接点权值。

    B

    B

    B

    B

    B

    C

    A

    D

    E

    F

    14

    4

    20

    5

    1.再以权值最小的为生长点,发现B-A的权值最小。A为新的生长点。

    及B-A的边确定了。

    2.A的为生长点与B原来的边进行比较,若小于原来,就交换。

    A-C  8 小于  B-C  交换

    A-D  45 小于 B-D  交换

    A-E    大于 B-E  不交换

    A-F  3  小于  B-F  交换

    B

    A

    A

    B

    A

    A

    C

    D

    E

    F

    4

    8

    45

    20

    3

    在以权值最小为生长点。F为新的生长点。

    同理,F分别于A原来的权值,进行比较(如上步骤)

    B

    A

    A

    A

    F

    A

    F

    C

    D

    E

    4

    3

    8

    45

    13

    在以权值最小为生长点。C为新的生长点。

    B

    A

    A

    C

    C

    A

    F

    C

    D

    E

    4

    3

    8

    28

    9

    在以权值最小为生长点。E为新的生长点。

    B

    A

    A

    C

    E

    A

    F

    C

    E

    D

    4

    3

    8

    9

    10

    结束。按结点和权值依次画出最小生成树。

    注意点:

    1.要找准新的生长点(权值最小那个)。

    2.找准新生长点后,要以新的生长点与各节点的权值,和原来生长点与各节点点权值,进行足一比较,小于原来的就交换。否则,保持原来的结点和权值。

    实现方法分析:

    (1)图的边集存储形式

    采用邻接数组存储,便于比较边长度,只需存储邻接矩阵的下三角部分(无向加权图)。

    (2)待选边表和树边集的存储形式

    如上例,待选边表和树边集共用一个长度为n-1的数组存储,元素含3个域:生长点和非生长点名称,边长度。

    (3)处理步骤(循环n-2遍)

    如上例,每次从当前待选边中选出最短边作树边,换到数组左段的右端,修改剩下的待选边。

    Prim算法与Kruskal算法对照:

    1)主要思想——都是选短边,但选法不同

    Kruskal算法从全图中选短边。

    Prim算法从待选边表中选短边。

    2)直观性

    Kruskal采用子树合并法(直观)

    Prim算采用子树延伸法

    3)实现的难易程度

    Kruskal算法需要判断回路(实现困难些)

    Prim算法不需要判断回路

    4)时间复杂性

    Kruskal算法执行时间主要花费在判断回路,所需时间不超过O(mlogm),m是边数

    Prim算法执行时间主要花费在n-2次修改待选边表,其时间耗费用量是O(n2)阶的,n是顶点数

    Kruskal算法适用于顶点数较多,而边数较少的情况

    Prim算法适用于顶点数较少,而边数较多的情况

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