最小生成树

2024-10-20T14:26:44

朴素prim(普利姆)算法
一般用这个算法解决稠密图,用邻接矩阵来存图。是无向边所以就是存两条反向的单向边,来表示。
思路和dijkstra算法差不多。
开一个n次遍历,每次遍历都从还没加到集合中的点选一个到集合距离最小的点,dijkstra算法求的是最短路,所以是到原点,prim算法是求一个所有边都是最小的树,即最小生成树,用集合来维持这个树,所以是到集合距离最小的点。
到集合的距离就是说每个点到这个集合中的某一个点的边。之后要求最小生成树一般不是把树给输出而是将其边的合输出。所以要有一个变量去存。一般存的时候先是判断是不是为第一次,因为第一次就是起点,其到集合的距离为0,之后在更新之前存。因为如果存在自环且权重为负,或者权重比本身到集合的距离小,那么在更新之后可能会有disk[t] = d[t] [t] 的这种情况,然后disk[t]的值就会发生变化,所以为了避免这种情况,一般都是将加入答案的操作放在更新之前。
判断有没有最小生成树,一开始将每一个点的距离初始化为无穷,如果就是在某一次遍历(除了第一次)中取得的点的距离为无穷,就是说明当前集合之外的点离集合最短的距离为无穷,也就是集合中没有一个点有和剩余的点向连的边,所以这个图就没有最小生成树。

例题:

Prim求最小生成树

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,E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 n和 m。
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

kruskal(克鲁斯卡尔) 算法
利用到并查集的思想。基本思路就是先将每条边按照权重排序,然后维持一个集合,之后枚举每条边,假设枚举到的边的两个点不连通就将他们连起来,就是放到一个集合中,然后将权重加到答案中(因为从小到大枚举边,所以假设存在树结构,那么每条边一定是最小的,也就是实际上构成了最小生成树)。在存储边的时候因为只要能够排序就行,所以可以用结构体来存。
为了在排序的时候实现根据权重来排序,需要重载一下小于号
对于并查集在使用的时候需要初始化每个点的父节点为本身

bool operator < (const edge &W)const
{
    return w < W.w;
}

为了判断是否存在最小生成树,可以再新建一个变量cot,表示集合中的边数,当进行一次连通操作时(也就是并集)cot++,之后如果在所有边都枚举完之后,cot < n - 1 说明有点没有加入集合(一共 n 个点,应该一共 n - 1条边)那么就不存在最小生成树,反之等于 n - 1 时就存在,然后输出res
例题:

Kruskal求最小生成树

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 n和 m。
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≤105 , 1≤m≤2∗1e5 , 图中涉及边的边权的绝对值均不超过 1000。
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
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