Kruskal算法(贪心+并查集=最小生成树)

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陈凡的Kruskal算法的高效实现需要一种称作并查集的结构。我们土豪人生在这里不介绍并查集,只介绍Kruskal算法的基本思想和证明,实现留在以后讨论。

Kruskal算法的过程:

(1) 将全部边按照权值由小到大排序。
(2) 按顺序(边权由小到大的顺序)考虑每条边,只要这条边和我们已经选择的边不构成圈,就保留这条边,否则放弃这条边。


楚潇虞歌算法 成功选择(n-1)条边后,形成一个棵最小生成树,当然如果算法无法选择出(n-1)条边,则说明原图不连通。

以下图为例:

边排序后为:

1 AF 1

2 DE 4

3 BD 5

4 BC 6

5 CD 10

6 BF 11

7 DF 14

8 AE 16

9 AB 17

10 EF 33

算法处理过程如下:

处理边AF,点A与点F不在同一个集合里,选中AF。

处理边DE,点D与点E不在同一个集合里,选中DE

处理边BD,点B与点D不在同一个集合里,选中BD

处理边BC,点B与点C不在同一个集合里,选中BC

处理边CD,点C与点D在同一个集合里,放弃CD。

处理边BF,点B与点F不在同一个集合里,选中BF。

至此,所有的点都连在了一起,剩下的边DF,AE,AB,EF不用继续处理了,算法执行结束。

Kruskal算法的证明。赵小刚宋雨晴假设图连通,我们证明Krusal算法得到一棵最小生成树。我们假设Kruskal算法得到的树是K (注意我们已经假设Kruskal算法一定可以得到生成树)。假设T是一棵最小生成树,并且K ≠T, K中显然至少有一条边。我们找到在K中,而不在T中最小权值的边e。


把e加入T中,则形成一个圈,删掉这个圈中不在K中的边f,得到新的生成树T’。
f的存在性,如果全里面所有的边都在K中,则K包含圈,矛盾。


考虑边权值关系:


(1) 若w(f) > w(e), 则T’的权值和小于T的权值和,与T是最小生成树矛盾。
(2) 若w(f) < w(e), 说明Kruskal算法在考虑加入e之前先考虑了边f,之所以没加入f是因为f和之前加入的边形成圈,之前加入的边权值显然不超过w(f) (因为加边是从小到大的顺序加入的),所以之前加入的边权值一定小于w(e)。而根据e的定义,K中权值小于w(e)的边都在T中,这说明T中的边会和f构成圈,矛盾。


所以只能w(f) = w(e)。T’仍然是最小生成树,而T’和K相同的边多了一条。
这样下去有限步之后,最终可以把T变为K,从而K也是最小生成树。


最后,我们权门悍妻来提供输入输出数据,由你来写一段程序,实现这个算法,只有写出了正确的程序,才能继续后面的课程。

输入

第1行:2个数N,M中间用空格分隔,N为点的数量,M为边的数量。(2 <= N <= 1000, 1 <= M <= 50000)
第2 - M + 1行:每行3个数S E W,分别表示M条边的2个顶点及权值。(1 <= S, E <= N,1 <= W <= 10000)

输出

输出最小生成树的所有边的权值之和。

输入示例

9 14
1 2 4
2 3 8
3 4 7
4 5 9
5 6 10
6 7 2
7 8 1
8 9 7
2 8 11
3 9 2
7 9 6
3 6 4
4 6 14
1 8 8


输出示例

37

请选取你熟悉的语言,并在下面的代码框中完成你的程序,注意数据范围,最终结果会造成Int32溢出,这样会输出错误的答案。雄起都市

不同语言如何处理输入输出,请查看下面的语言说明。

使用并查集和贪心思想。适合稀疏图。

Kruskal算法实现:

java 代码



import java.util.Arrays;
import java.util.Comparator;
import java.util.Scanner;

public class Kruskal {

	/**
	 * @param args
	 */
	static int  parent[]=new int[10];
	static int  n,m;
	class Edge{
		int u,v,w;
	}
	class cmp implements Comparator<Edge>{

		@Override
		public int compare(Edge A, Edge B) {
			// TODO Auto-generated method stub
			if(A.w<B.w){
				return -1;
			}else if(A.w>B.w){
				return 1;
			}else{
				return 0;
			}
		}
		
	}
	public static void main(String[] args) {
		// TODO Auto-generated method stub
		Scanner scan=new Scanner(System.in);
		
		Kruskal kr=new Kruskal();
		while(scan.hasNext()){
			n=scan.nextInt();
			m=scan.nextInt();
			Edge[] edge=new Edge[m];
			for(int i=0;i<m;i++){
				Edge e=kr.new Edge();
				e.u=scan.nextInt();
				e.v=scan.nextInt();
				e.w=scan.nextInt();
				edge[i]=e;
			}
			 Arrays.sort(edge,0,m,kr.new cmp());
			kruskal(edge);  
		}
	}
	private static void kruskal(Edge[] edge) {
		// TODO Auto-generated method stub
		 int sumWeight = 0;  
		 int num = 0;  
		 int u,v;  
		 UFset();
		 for(int i=0;i<m;i++){
			 u=edge[i].u;
			 v=edge[i].v;
			 //查找u v是否在一个集合里
			 if(find(u)!=find(v)){
				 sumWeight += edge[i].w;  
				 num ++; 
				 merge(u, v); //把这两个边加入一个集合。
			 }
		 }
		 System.out.println(sumWeight);
	}
	private static void merge(int a, int b) {
		// TODO Auto-generated method stub
		int r1 = find(a);  
	    int r2 = find(b);  
	    int tmp = parent[r1] + parent[r2]; //两个集合节点数的和  
	    if(parent[r1] > parent[r2]){  
	        parent[r1] = r2;  
	        parent[r2] = tmp;  
	    }else{  
	        parent[r2] = r1;  
	        parent[r1] = tmp;  
	    }  
	}
	private static int find(int i) {
		// TODO Auto-generated method stub
		int temp;
		//查找位置
		for(temp = i; parent[temp] >= 0; temp = parent[temp]); 
		//压缩路径  
	    while(temp != i){  
	        int t = parent[i];  
	        parent[i] = temp;  
	        i = t;  
	    }  
	    return temp;  
	}
	private static void UFset() {
		// TODO Auto-generated method stub
		 for(int i=1; i<=n; i++) parent[i] = -1;  
	}

}

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原文地址:https://www.cnblogs.com/Katerina/p/11347925.html