一、最小生成树简介:
给定一张边带权的无向图G=(V,E),n=|V|,m=|E|。由 V 中的全部 n 个顶点和 E 中的 n-1 条边构成的无向连通子图被称为G的一棵生成树。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(MST)。
1。任意一棵最小生成树一定包含无向图中权值最小的边。
2。给定一张无向图G=(V,E),n=|V|,m=|E|。从E中选出 k < n-1 条边构成G 的一个生成森林。若再从剩余 的 m-k 条边中选 n-1-k 条边添加到生成森林中,使其成为G 的生成树,并且选出的边的边权之和最小,则该生成树一定包含这m-k条边中连接生成森林的两个不连通节点的边权最小的边。
3。最小生成树是树,其边数等于顶点数减1,且树内一定不会有环。
4。对于给定的图,其最小生成树可以不唯一,但其边权之和一定唯一。
5。其根节点可以是这棵树上的任一节点。
一、Kruskal:
边贪心。
1.建立并查集,每个点各自构成一个集合。
2.把所有边按照权值从大到小排序,依次扫描每条边(x,y,z)。
3.若x,y属于同一集合(连通),则忽略这条边,继续扫描下一条。
4.否则,合并x,y集合,并把z累加到答案中。
5.直到最小生成树中的边数等于总顶点数-1,或是测试完所有边时结束。
而当结束时,如果最小生成树的边数小于总顶点数-1,说明该图不连通。
适合处理稀疏图(边少的),时间复杂度为O(mlogm)。
#include<iostream>
#include<cstdio>
#include<cstring>
#include<algorithm>
using namespace std;
const int maxn=500005;
const int _max=100005;
int f[_max];
struct node
{
int x;
int y;
int z;
}edge[maxn];
void init(int n)
{
for(int i=1;i<=n;i++)
f[i]=i;
}
int fi(int x)
{
if(x!=f[x])
f[x]=fi(f[x]);
return f[x];
}
bool cmp(node &a,node &b)
{
return a.z<b.z;
}
int Kruskal(int n,int m)
{
sort(edge+1,edge+m+1,cmp);
int num=0;
int ans=0;
for(int i=1;i<=m;i++)
{
int x=fi(edge[i].x);
int y=fi(edge[i].y);
if(x==y) continue;
f[x]=y;
num++;
ans+=edge[i].z;
if(num==n-1) break;
}
if(num<n-1) return -1;
else return ans;
}
int main(void)
{
int n,m;
scanf("%d%d",&n,&m);
init(n);
for(int i=1;i<=m;i++)
{
scanf("%d%d%d",&edge[i].x,&edge[i].y,&edge[i].z);
}
int k=Kruskal(n,m);
if(k==-1) printf("不连通\n");
else printf("%d\n",k);
return 0;
}
二、Prim算法:
点贪心。
prim算法总是维护最小生成树的一部分,最初,prim算法仅确定一号节点属于的最小生成树。
在任意时刻,设已经确定的属于最小生成树的节点的集合为T,生于节点的集合为S。prim算法找到两个端点分别属于集合T,S的权值最小的边,然后把x从S集合中删除,加入到T集合中,并把z累积到答案中。
可以维护数组d,若x∈S,d(x)表示节点x与集合T中的节点之间权值最小的边的边权值;
若x∈T,则d(x)表示x被加入T时选出的最小边的权值。
时间复杂度为O(n*n),可以用二叉堆优化到O(mlogn)。
主要用于稠密图(边多),尤其是完全图的最小生成树。
1.朴素模板
#include<iostream>
#include<cstdio>
#include<cstring>
#include<algorithm>
using namespace std;
const int maxn=500005;
const int _max=100005;
int head[_max],ver[maxn],edge[maxn],nt[maxn];
bool ha[_max];
int d[_max];
int tot;
int n,m;
void add(int x,int y,int z)
{
ver[++tot]=y,edge[tot]=z;
nt[tot]=head[x],head[x]=tot;
}
void prim(void)
{
memset(ha,0,sizeof(ha));
memset(d,0x3f,sizeof(d));
d[1]=0;
int ans=0;
for(int i=1;i<n;i++)//for(int i=1;i<=n;i++) 可以直接累加计算ans
{
int x=0;
for(int j=1;j<=n;j++)
if(!ha[j]&&(x==0||d[j]<d[x])) x=j;
ha[x]=true;
for(int i=head[x];i;i=nt[i])
{
int y=ver[i],z=edge[i];
if(!ha[y]) d[y]=min(d[y],z);//防止已在集合的点被更新
}
}
return ;
}
int main(void)
{
memset(head,0,sizeof(head));
tot=0;
scanf("%d%d",&n,&m);
int x,y,z;
for(int i=1;i<=m;i++)
{
scanf("%d%d%d",&x,&y,&z);
add(x,y,z);
add(y,x,z);
}
prim();
int ans=0;
for(int i=2;i<=n;i++)
ans+=d[i];
printf("%d\n",ans);
return 0;
}
2.优先队列优化
#include<iostream>
#include<cstdio>
#include<cstring>
#include<algorithm>
#include<queue>
#include<map>
using namespace std;
const int maxn=500005;
const int _max=100005;
int head[_max],ver[maxn],edge[maxn],nt[maxn];
bool ha[_max];
int d[_max];
int tot;
int n,m;
void add(int x,int y,int z)
{
ver[++tot]=y,edge[tot]=z;
nt[tot]=head[x],head[x]=tot;
}
int prim(void)
{
memset(ha,0,sizeof(ha));
memset(d,0x3f,sizeof(d));
d[1]=0;
priority_queue<pair<int,int> >q;
q.push(make_pair(0,1));
int ans=0;
while(q.size())
{
int x=q.top().second;
q.pop();
if(ha[x]) continue;
ans+=d[x];
ha[x]=true;
for(int i=head[x];i;i=nt[i])
{
int y=ver[i],z=edge[i];
if(!ha[y]&&d[y]>z)
{
d[y]=z;
q.push(make_pair(-d[y],y));
}
}
}
return ans;
}
int main(void)
{
memset(head,0,sizeof(head));
tot=0;
scanf("%d%d",&n,&m);
int x,y,z;
for(int i=1;i<=m;i++)
{
scanf("%d%d%d",&x,&y,&z);
add(x,y,z);
add(y,x,z);
}
int k=prim();
printf("%d\n",k);
int ans=0;
for(int i=2;i<=n;i++)
ans+=d[i];
printf("%d\n",ans);
return 0;
}