最小生成树算法你会了吗?

设G=(V,E)是一个无向连通网,生成树上各边的权值之和称为该生成树的代价,在G的所有生成树中,代价最小的生成树称为最小生成树。

生成树:

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。只要能连通所有顶点而又不产生回路的任何子图都是它的生成树。

应用实例:

要在n个城市之间铺设光缆,主要目标是要使这n个城市的任意两个之间都可以通信,但铺设光缆的费用很高,且各个城市之间铺设光缆的费用不同,因此另一个目标是要使铺设光缆的总费用最低。这就需要找到带权的最小生成树。

1.prim算法

prim 算法采用的是一种贪心的策略。

朴素prim 算法时间复杂度:O(n * n)

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思路:

t <—— 找到不在集合中的距离最近的点,t从第一个节点开始

用t更新其它点到集合的距离

将t加入集合,更新权重

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【题目描述】

acwing858

给定一个 n 个点 m 条边的无向图,图中可能存在重边和自环,边权可能为负数。

求最小生成树的树边权重之和,如果最小生成树不存在则输出 impossible。

给定一张边带权的无向图 G=(V,E),其中 VV 表示图中点的集合,EE 表示图中边的集合,n=|V|,m=|E|。

由 V 中的全部 n 个顶点和 E 中 n−1 条边构成的无向连通子图被称为 G 的一棵生成树,其中边的权值之和最小的生成树被称为无向图 G 的最小生成树。

输入格式

第一行包含两个整数 nn 和 mm。

接下来 m 行,每行包含三个整数 u,v,w,表示点 u 和点 v 之间存在一条权值为 w 的边。

输出格式

共一行,若存在最小生成树,则输出一个整数,表示最小生成树的树边权重之和,如果最小生成树不存在则输出 impossible。

数据范围

1≤n≤500,
1≤m≤105,
图中涉及边的边权的绝对值均不超过 10000。

输入样例:

4 5 1 2 1 1 3 2 1 4 3 2 3 2 3 4 4

输出样例:

6

【参考代码】

#include <iostream> #include <cstring> #include <algorithm> using namespace std; const int N = 510; const int INF = 0x3f3f3f3f; int g[N][N];//存储图 int dist[N];//存储各个节点到生成树(集合)的最短距离 int st[N];//节点是否被加入到生成树中 int n, m; int prim() { //1 memset(dist ,0x3f, sizeof dist); // 从 1 号节点开始扩充连通的部分,即disti[1] 置为 0。 dist[1] = 0; //2 int res = 0;//权重之和 for(int i = 0; i < n; i++)//循环n次 { //(1)找出 不属在集合s中 && 距离集合最小的点 t int t = -1; for(int j = 1; j <= n; j++) { if(!st[j] && (t == -1 || dist[t] > dist[j])) t = j; } if(dist[t] == INF) return INF;// 若当前节点的距离为INF,则表示没有和集合中点相连的边。(不连通) //(3)-把点t加到集合当中去,更新权值 //写在前面,如果一个节点本身出现负环,下面这句更新后,会影响结果,比如g[t][j],当t = j,更新了g[t][t],影响res结果 res += dist[t]; st[t] = true;// 加入集合s //(2) 用t更新其它点到集合的距离 for(int j = 1; j <= n; j++) dist[j] = min(dist[j], g[t][j]); } return res; } int main() { scanf("%d%d", &n, &m); memset(g, 0x3f, sizeof g); // 输入图 while (m -- ) { int a, b, c; scanf("%d%d%d", &a, &b, &c); g[a][b] = g[b][a] = min(g[a][b], c); // 无向图:可能有重边 } int t = prim(); if(t == INF) puts("impossible"); else printf("%d", t); return 0; }

Dijkstra算法与Prim算法的联系:

Dijkstra算法是更新到起始点的距离,Prim是更新到集合S的距离

一些注意事项:

从第一个节点开始:

​ 为了与前面学习的的Dijkstra算法相照应,方便记忆

更新权重写在前面:

​ 写在前面,如果一个节点本身出现负环,下面这句更新后,会影响结果,比如g[t] [j],当t = j,更新了g[t][t],影响res结果

2.Kruskal算法

Kruskal算法采用的是另一种贪心的策略。

朴素prim 算法时间复杂度:O(eloge)

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