最小生成树怎么求
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发布时间：2022-04-23 02:16
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时间：2023-09-22 09:54
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。最小生成树可以用kruskal（克鲁斯卡尔）算法或Prim（普里姆）算法求出。
求MST的一般算法可描述为：针对图G，从空树T开始，往集合T中逐条选择并加入n-1条安全边（u，v），最终生成一棵含n-1条边的MST。
当一条边（u，v）加入T时，必须保证T∪{(u，v)}仍是MST的子集，我们将这样的边称为T的安全边。
伪代码
GenerieMST(G){//求G的某棵MST
T〈-￠； //T初始为空，是指顶点集和边集均空
while T未形成G的生成树 do{
找出T的一条安全边（u，v）；//即T∪{(u，v)}仍为MST的子集
T=T∪{(u，v)}； //加入安全边，扩充T
}
return T； //T为生成树且是G的一棵MST
}
注意：
下面给出的两种求MST的算法均是对上述的一般算法的求精，两算法的区别仅在于求安全边的方法不同。
为简单起见，下面用序号0，1，…，n-1来表示顶点集，即是：
V(G)={0，1，…，n-1}，
G中边上的权解释为长度，并设T=(U，TE）。
求最小生成树的具体算法（pascal):
Prim算法
procere prim(v0:integer);
var
lowcost,closest:array[1..maxn] of integer;
i,j,k,min:integer;
begin
for i:=1 to n do begin
lowcost[i]:=cost[v0,i];
closest[i]:=v0;
end;
for i:=1 to n-1 do begin
{寻找离生成树最近的未加入顶点 k}
min:=maxlongint;
for j:=1 to n do
if (lowcost[j]<min) and (lowcost[j]<>0) then begin
min:=lowcost[j];
k:=j;
end;
lowcost[k]:=0; {将顶点k 加入生成树}
{生成树中增加一条新的边 k 到 closest[k]}
{修正各点的 lowcost 和 closest 值}
for j:=1 to n do
if cost[k,j]<lowcost[j] then begin
lowcost[j]:=cost[k,j];
closest[j]:=k;
end;
end;
end;
Kruskal算法
按权值递增顺序删去图中的边，若不形成回路则将此边加入最小生成树。
function find(v:integer):integer; {返回顶点 v 所在的集合}
var i:integer;
begin
i:=1;
while (i<=n) and (not v in vset) do inc(i);
if i<=n then find:=i else find:=0;
end;
procere kruskal;
var
tot,i,j:integer;
begin
for i:=1 to n do vset:=i;{初始化定义 n 个集合，第 I个集合包含一个元素 I}
p:=n-1; q:=1; tot:=0; {p 为尚待加入的边数，q 为边集指针}
sort;
{对所有边按权值递增排序，存于 e中，e.v1 与 e.v2 为边 I 所连接的两个顶点的
序号，e.len 为第 I条边的长度}
while p>0 do begin
i:=find(e[q].v1）;j:=find(e[q].v2）;
if i<>j then begin
inc(tot,e[q].len);
vset:=vset+vset[j];vset[j]:=[];
dec(p);
end;
inc(q);
end;
writeln(tot);
end;
C语言代码
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#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<iostream.h>
#defineMAX_VERTEX_NUM20
#defineOK1
#defineERROR0
#defineMAX1000
typedefstructArcell
{
doubleadj;
}Arcell,AdjMatrix[MAX_VERTEX_NUM][MAX_VERTEX_NUM];
typedefstruct
{
charvexs[MAX_VERTEX_NUM];//节点数组
AdjMatrixarcs;//邻接矩阵
intvexnum,arcnum;//图的当前节点数和弧数
}MGraph;
typedefstructPnode//用于普利姆算法
{
charadjvex;//节点
doublelowcost;//权值
}Pnode,Closedge[MAX_VERTEX_NUM];//记录顶点集U到V-U的代价最小的边的辅助数组定义
typedefstructKnode//用于克鲁斯卡尔算法中存储一条边及其对应的2个节点
{
charch1;//节点1
charch2;//节点2
doublevalue;//权值
}Knode,Dgevalue[MAX_VERTEX_NUM];
//-------------------------------------------------------------------------------
intCreateUDG(MGraph&G,Dgevalue&dgevalue);
intLocateVex(MGraphG,charch);
intMinimum(MGraphG,Closedgeclosedge);
voidMiniSpanTree_PRIM(MGraphG,charu);
voidSortdge(Dgevalue&dgevalue,MGraphG);
//-------------------------------------------------------------------------------
intCreateUDG(MGraph&G,Dgevalue&dgevalue)//构造无向加权图的邻接矩阵
{
inti,j,k;
cout<<"请输入图中节点个数和边/弧的条数：";
cin>>G.vexnum>>G.arcnum;
cout<<"请输入节点：";
for(i=0;i<G.vexnum;++i)
cin>>G.vexs[i];
for(i=0;i<G.vexnum;++i)//初始化数组
{
for(j=0;j<G.vexnum;++j)
{
G.arcs[i][j].adj=MAX;
}
}
cout<<"请输入一条边依附的定点及边的权值："<<endl;
for(k=0;k<G.arcnum;++k)
{
cin>>dgevalue[k].ch1>>dgevalue[k].ch2>>dgevalue[k].value;
i=LocateVex(G,dgevalue[k].ch1）;
j=LocateVex(G,dgevalue[k].ch2）;
G.arcs[i][j].adj=dgevalue[k].value;
G.arcs[j][i].adj=G.arcs[i][j].adj;
}
returnOK;
}
intLocateVex(MGraphG,charch)//确定节点ch在图G.vexs中的位置
{
inta;
for(inti=0;i<G.vexnum;i++)
{
if(G.vexs[i]==ch)
a=i;
}
returna;
}
voidMiniSpanTree_PRIM(MGraphG,charu)//普利姆算法求最小生成树
{
inti,j,k;
Closedgeclosedge;
k=LocateVex(G,u);
for(j=0;j<G.vexnum;j++)
{
if(j!=k)
{
closedge[j].adjvex=u;
closedge[j].lowcost=G.arcs[k][j].adj;
}
}
closedge[k].lowcost=0;
for(i=1;i<G.vexnum;i++)
{
k=Minimum(G,closedge);
cout<<"("<<closedge[k].adjvex<<","<<G.vexs[k]<<","<<closedge[k].lowcost<<")"<<endl;
closedge[k].lowcost=0;
for(j=0;j<G.vexnum;++j)
{
if(G.arcs[k][j].adj<closedge[j].lowcost)
{
closedge[j].adjvex=G.vexs[k];
closedge[j].lowcost=G.arcs[k][j].adj;
}
}
}
}
intMinimum(MGraphG,Closedgeclosedge)//求closedge中权值最小的边，并返回其顶点在vexs中的位置
{
inti,j;
doublek=1000;
for(i=0;i<G.vexnum;i++)
{
if(closedge[i].lowcost!=0&&closedge[i].lowcost<k)
{
k=closedge[i].lowcost;
j=i;
}
}
returnj;
}
voidMiniSpanTree_KRSL(MGraphG,Dgevalue&dgevalue)//克鲁斯卡尔算法求最小生成树
{
intp1,p2,i,j;
intbj[MAX_VERTEX_NUM];//标记数组
for(i=0;i<G.vexnum;i++)//标记数组初始化
bj[i]=i;
Sortdge(dgevalue,G);//将所有权值按从小到大排序
for(i=0;i<G.arcnum;i++)
{
p1=bj[LocateVex(G,dgevalue[i].ch1）];
p2=bj[LocateVex(G,dgevalue[i].ch2）];
if(p1!=p2）
{
cout<<"("<<dgevalue[i].ch1<<","<<dgevalue[i].ch2<<","<<dgevalue[i].value<<")"<<endl;
for(j=0;j<G.vexnum;j++)
{
if(bj[j]==p2）
bj[j]=p1;
}
}
}
}
voidSortdge(Dgevalue&dgevalue,MGraphG)//对dgevalue中各元素按权值按从小到大排序
{
inti,j;
doubletemp;
charch1,ch2;
for(i=0;i<G.arcnum;i++)
{
for(j=i;j<G.arcnum;j++)
{
if(dgevalue[i].value>dgevalue[j].value)
{
temp=dgevalue[i].value;
dgevalue[i].value=dgevalue[j].value;
dgevalue[j].value=temp;
ch1=dgevalue[i].ch1;
dgevalue[i].ch1=dgevalue[j].ch1;
dgevalue[j].ch1=ch1;
ch2=dgevalue[i].ch2;
dgevalue[i].ch2=dgevalue[j].ch2;
dgevalue[j].ch2=ch2;
}
}
}
}
voidmain()
{
inti,j;
MGraphG;
charu;
Dgevaluedgevalue;
CreateUDG(G,dgevalue);
cout<<"图的邻接矩阵为："<<endl;
for(i=0;i<G.vexnum;i++)
{
for(j=0;j<G.vexnum;j++)
cout<<G.arcs[i][j].adj<<"";
cout<<endl;
}
cout<<"=============普利姆算法===============\n";
cout<<"请输入起始点：";
cin>>u;
cout<<"构成最小代价生成树的边集为：\n";
MiniSpanTree_PRIM(G,u);
cout<<"============克鲁斯科尔算法=============\n";
cout<<"构成最小代价生成树的边集为：\n";
MiniSpanTree_KRSL(G,dgevalue);
}
pascal算法
program didi;
var
a:array[0..100000] of record
s,t,len:longint;
end;
fa,r:array[0..10000] of longint;
n,i,j,x,y,z:longint;
tot,ans:longint;
count,xx:longint;
procere quick(l,r:longint);
var
i,j,x,y,t:longint;
begin
i:=l;j:=r;
x:=a[(l+r) div 2].len;
repeat
while x>a[i].len do inc(i);
while x<a[j].len do dec(j);
if i<=j then
begin
y:=a[i].len;a[i].len:=a[j].len;a[j].len:=y;
y:=a[i].s;a[i].s:=a[j].s;a[j].s:=y;
y:=a[i].t;a[i].t:=a[j].t;a[j].t:=y;
inc(i);dec(j);
end;
until i>j;
if i<r then quick(i,r);
if l<j then quick(l,j);
end;
function find(x:longint):longint;
begin
if fa[x]<>x then fa[x]:=find(fa[x]);
find:=fa[x];
end;
procere union(x,y:longint);{启发式合并}
var
t:longint;
begin
x:=find(x);
y:=find(y);
if r[x]>r[y] then
begin
t:=x;x:=y;y:=t;
end;
if r[x]=r[y] then inc(r[x]);
fa[x]:=y;
end;
begin
readln(xx,n);
for i:=1 to xx do fa[i]:=i;
for i:=1 to n do
begin
read(x,y,z);
inc(tot);
a[tot].s:=x;
a[tot].t:=y;
a[tot].len:=z;
end;
quick（1,tot);{将边排序}
ans:=0;
count:=0;
i:=0;
while count<=x-1 do{count记录加边的总数}
begin
inc(i);
with a[i] do
if find(s)<find(t) then
begin
union(s,t);
ans:=ans+len;
inc(count);
end;
end;
write(ans);
end.
Prim
var
m,n:set of 1..100;
s,t,min,x,y,i,j,k,l,sum,p,ii:longint;
a:array[1..100,1..100]of longint;
begin
readln(p);
for ii:=1 to p do
begin
k:=0; sum:=0;
fillchar(a,sizeof(a),255);
readln(x);
m:=[1];
n:=[2..x];
for i:=1 to x do
begin
for j:=1 to x do
begin
read(a[i,j]);
if a[i,j]=0
then a[i,j]:=maxlongint;
end;
readln;
end;
for l:=1 to x-1 do
begin
min:=maxlongint;
for i:=1 to x do
if i in m
then begin
for j:=1 to x do
begin
if (a[i,j]<min)and(j in n)
then begin
min:=a[i,j];
s:=i;
t:=j;
end;
end;
end;
sum:=sum+min;
m:=m+[t];
n:=n-[t];
inc(k);
end;
writeln(sum);
end;
end.
