最小生成树之Kruskal算法

Kruskal算法的高效实现需要一种称作并查集的结构。我们在这里步介绍并查集,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。

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。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

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#include<iostream>
#include<cstdio>
#include<algorithm>
using namespace std;
#define MAX 50005
int u[MAX];//边起始点
int v[MAX];//边终点
int w[MAX];//边权值
int p[MAX];//并查集
int r[MAX];//保存的边的序号
int n,m;//n是结点数,m是边个数

int cmp(const int i,const int j)
{
    return w[i]<w[j];
}

int find(int x)
{
   return p[x]==x?x:p[x]=find(p[x]);
}

int Kruskal(){

  int ans=0;
  for(int i=0;i<n;++i)
     p[i]=i;
  for(int i=0;i<m;++i)
     r[i]=i;

    sort(r,r+m,cmp);

   for(int i=0;i<m;++i)//循环变量的判断条件要注意下
   {
     int e=r[i];
     int x=find(u[e]);
     int y=find(v[e]);
     if(x!=y)
     {
        ans+=w[e];
        p[x]=y;
     }
   }
  return ans;
}
int main()
{

   int uu,vv,ww;
   cin>>n>>m;
   for(int i=0;i<m;++i)
   {
   cin>>uu>>vv>>ww;
   u[i]=uu;
   v[i]=vv;
   w[i]=ww;
   }
   cout<<Kruskal()<<endl;
   return 0;
   }
原文地址:https://www.cnblogs.com/aerer/p/9930932.html