• 次小生成树的学习


    转载:http://www.cnblogs.com/hxsyl/p/3290832.html 
     为什么写这个呢?因为那天听到了这个词,属于MST的扩展……最小K度树有空研究。
    
    一.理论准备
    
            需要读者事先懂得prime算法,不太了解的请看博主这一篇http://www.cnblogs.com/hxsyl/p/3286956.html,也需要读者对DP了解一些。
    
            先看一个结论:次小生成树可由最小生成树换一条边得到,笔者认为很有必要搞清楚这一点,,否则对算法理解不够深入。
    
             证明:咱换种方式去看待这个结论(一个生成树可以通过换边得到另一个生成树),T是某一棵最小生成树,T0是任一棵异于T的生成树,通过变换T0 --> T1 --> T2 --> ... --> Tn (T)  变成最小生成树。所谓的变换是,每次把Ti中的某条边换成T中的一条边, 而且树T(i+1)的权小于等于Ti的权。
    
             看下面的具体步骤(一定要理解透彻)。 
             step 1. 在Ti中任取一条不在T中的边uv. 
             step 2. 把边uv去掉,就剩下两个连通分量A和B,在T中,必有唯一的边u'v' 连结A和B。这是为什么呢?因为生成树中任意两点间只有一条路径(下面也要用这个),且必有一条。 
             step 3. 显然u'v'的权比uv小 (prime算法贪心的,否则,uv就应该在T中),把u'v'替换uv即得树T(i+1)。 
             特别地:取T0为任一棵次小生成树,T(n-1) 也就是次小生成树且跟T差一条边, 结论得证。
    
             下面看具体算法。
    
             step 1.  先用prim求出最小生成树T,在prim的同时,用一个矩阵maxd[u][v] 记录 在T中连结任意两点u,v的唯一的路中权值最大的那条边的权值.(有些拗口),这是很容易做到的,因为prim是每次增加一个结点s, 在此需要保存节点和其父节点,采用DP,则最大权值要么是新加入的边,要么是父节点到起始点的采用DP算出来的距离,如下:
    //u是刚加入的点,不过还没进入节点数组,v是已经存在的点
    
    //min是按prime新加入那条边
    
    maxd[v][u] = maxd[u][v] = max{min,maxd[father[u]][v]}
    
    //u是刚加入的点,不过还没进入节点数组,v是已经存在的点//min是按prime新加入那条边maxd[v][u] = maxd[u][v] = max{min,maxd[father[u]][v]} 该步骤用时 O(V^2),就是prime算法的耗时。 step 2. 枚举所有不在T中的边uv, 加入边uv则必然替换权为maxd[u][v]的边,这样才能保证次小。二.算法实现 以POJ1679为例,判断最小生成树是否唯一(不唯一可能是重边,不过一般在做题里不可能,否则没法建图,另外就是一般情况了,看下图)。
     下面这三个图都是MST,权值161。234234
     只要最小生成树和次小生成树权值和一样就唯一。因此得出如下算法,首先计算出最小生成树T,然后对最小生成树上任意不相邻的两个点 uv添加最小生成树以外的存在的边形成环,然后寻找u与v之间最小生成树上最长的边删去,计算map[i][j]与 maxd[i][j差值,求出最小的来,如果是0,就说明MST和次小生成树一样。
    
    //顶点数100,看成了1000,一个MLE,改了立马AC,嘿嘿
    
    //这道题目,AC率很低
    
    import java.util.Scanner;
    
    public class POJ1679 {
    
      static int maxn = 105;
    
      static int[][] map = new int[maxn][maxn];
    
      static int[][] maxd = new int[maxn][maxn];
    
      static int[] father = new int[maxn];
    
      static int[] dist = new int[maxn];
    
      static boolean[] vis = new boolean[maxn];
    
      static int n,m;
    
      
    
      public static void main(String[] args) {
    
        
    
        Scanner sc= new Scanner(System.in);
    
        int num = sc.nextInt();
    
        int u,v,w;
    
        while(num-->0) {
    
          n = sc.nextInt();
    
          m = sc.nextInt();
    
          for(int i=1; i<=n; i++) {
    
            for(int j=1; j<=n; j++) {
    
              if(i==j) {
    
                map[i][j] = 0;
    
              }else {
    
                map[i][j] = 0x3f3f3f3f;
    
              }
    
              maxd[i][j] = -1;
    
            }
    
          }
    
          for(int i=0; i<m; i++) {
    
            u = sc.nextInt();
    
            v = sc.nextInt();
    
            w = sc.nextInt();
    
            map[u][v] = w;
    
            map[v][u] = w;
    
          }
    
          int ans = prime();
    
          int min = 0x3f3f3f3f;
    
          for(int i=1; i<=n; i++) {
    
            for(int j=1; j<=n; j++) {
    
              boolean tag = i!=j&&map[i][j]!=0x3f3f3f3f
    
                  &&father[i]!=j&&father[j]!=i;
    
              if(tag) {
    
                if(min>map[i][j]-maxd[i][j]) {
    
                  min = map[i][j]-maxd[i][j];
    
                }
    
              }
    
            }
    
          }
    
          if(0==min) {
    
            System.out.println("Not Unique!");
    
          }else {
    
            System.out.println(ans);
    
          }
    
        }
    
      }
    
      private static int prime() {
    
        
    
        int ans = 0;
    
        for(int i=1; i<=n; i++) {
    
          dist[i] = map[1][i];
    
          father[i] = 1;
    
          vis[i] = false;
    
        }
    
        vis[1] = true;
    
        //存放MST节点
    
        int stack[] = new int[n+1];
    
        int top = 0;
    
        stack[top++] = 1;
    
        for(int i=1; i<n; i++) {
    
          
    
          int next = 1;
    
          int min = 0x3f3f3f3f;
    
          for(int j=1; j<=n; j++) {
    
            if(!vis[j]&&min>dist[j]) {
    
              next = j;
    
              min = dist[j];
    
            }
    
          }
    
          vis[next] = true;
    
          ans += min;
    
          
    
          //dp
    
          for(int k=0; k<top; k++) {
    
            maxd[next][stack[k]] = maxd[stack[k]][next]
    
                = Math.max(min,maxd[father[next]][stack[k]]);
    
                
    
          }
    
          stack[top++] = next;
    
          for(int t=1; t<=n; t++) {
    
            if(!vis[t]&&dist[t]>map[next][t]) {
    
              dist[t] = map[next][t];
    
              father[t] = next;
    
            }
    
          }
    
        }
    
        return ans;
    
      }
    
    }
    作者:张朋飞
    出处:http://www.cnblogs.com
    
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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/thefirstfeeling/p/4410644.html
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