图结构练习——最小生成树

    xiaoxiao2025-07-28  7

    图结构练习——最小生成树

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    题目描述

     有n个城市,其中有些城市之间可以修建公路,修建不同的公路费用是不同的。现在我们想知道,最少花多少钱修公路可以将所有的城市连在一起,使在任意一城市出发,可以到达其他任意的城市。  

    输入

     输入包含多组数据,格式如下。 第一行包括两个整数n m,代表城市个数和可以修建的公路个数。(n <= 100, m <=10000) 剩下m行每行3个正整数a b c,代表城市a 和城市b之间可以修建一条公路,代价为c。  

    输出

     每组输出占一行,仅输出最小花费。

    示例输入

    3 2 1 2 1 1 3 1 1 0

    示例输出

    2 0

    提示

    这里要用到最小生成树的知识点 :   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。 Prim算法:(普里姆算法是以某顶点为起点,逐步找各顶点上最小权值的边来构建最小生成树。

    图的存贮结构采用邻接矩阵.此方法是按各个顶点连通的步骤进行,需要用一个顶点集合,开始为空集,以后将以连通的顶点陆续加入到集合中,全部顶点加入集合后就得到所需的最小生成树 .

    思路:设图G顶点集合为U,首先任意选择图G中的一点作为起始点a,将该点加入集合V,再从集合U-V中找到另一点b使得点b到V中任意一点的权值最小,此时将b点也加入集合V;以此类推,现在的集合V={a,b},再从集合U-V中找到另一点c使得点c到V中任意一点的权值最小,此时将c点加入集合V,直至所有顶点全部被加入V,此时就构建出了一颗MST。因为有N个顶点,所以该MST就有N-1条边,每一次向集合V中加入一个点,就意味着找到一条MST的边

    #include<iostream> #include<limits.h> #define Max INT_MAX using namespace std; int gp[110][110]; int  Prim(int n) {     int lowcost[110];          //表示终点的边的最小权值     int adjvex[110];             //标记数组,判断节点是否遍历     int sum=0;              //统计总路线     int i,j,k,min,minid;     for( i=1; i<=n; i++)        //从节点1开始     {         lowcost[i]=gp[1][i];         adjvex[i]=0;     }     adjvex[1]=1;     for(i=1; i<n; i++)     {         min=Max;         minid=0;         for(j=2; j<=n; j++)         {             if(!adjvex[j]&&lowcost[j]<min)             {                 min=lowcost[j];                 minid=j;                //存储当前最小值的下标             }         }         sum+=min;         adjvex[minid]=1;         for(j=2; j<=n; j++)         {             if(!adjvex[j]&&gp[minid][j]<lowcost[j])             {                 lowcost[j]=gp[minid][j];    //更新lowcost数组             }         }     }     for(int i=1; i<=n; i++)     //判断是否连通     {         if(!adjvex[i])         {             sum=-1;             break;         }     }     return sum; } int main() {     int n,m;     while(cin>>n>>m)     {         for(int i=1; i<=n; i++)         // 赋初值             for(int j=1; j<=n; j++)                 if(i==j)                     gp[i][j]=0;                 else                     gp[i][j]=Max;         for(int i=0; i<m; i++)         {             int a,b,d;             cin>>a>>b>>d;             if(d<gp[a][b])          //若路径相同,取最小值             {                 gp[a][b]=d;                 gp[b][a]=d;             }         }         int s=Prim(n);         cout<<s<<endl;     }     return 0; } 这里不加标记数组也可以: #include<iostream> #include<limits.h> #define Max INT_MAX using namespace std; int gp[110][110]; int Prim(int n) { int lowcost[110]; //表示终点的边的最小权值 int sum=0; //统计总路线 int i,j,k,min,minid; for( i=2; i<=n; i++) //从节点1开始 { lowcost[i]=gp[1][i]; } lowcost[1]=-1; for(i=1; i<n; i++) { min=Max; minid=-1; for(j=2; j<=n; j++) { if(lowcost[j]!=-1&&lowcost[j]<min) { min=lowcost[j]; minid=j; //存储当前最小值的下标 } } sum+=min; lowcost[minid]=-1; for(j=2; j<=n; j++) { if(lowcost[j]!=-1&&gp[minid][j]<lowcost[j]) { lowcost[j]=gp[minid][j]; //更新lowcost数组 } } } for(int i=1; i<=n; i++) //判断是否连通 { if(!lowcost[i]) { sum=-1; break; } } return sum; } int main() { int n,m; while(cin>>n>>m) { for(int i=1; i<=n; i++) // 赋初值 for(int j=1; j<=n; j++) if(i==j) gp[i][j]=0; else gp[i][j]=Max; for(int i=0; i<m; i++) { int a,b,d; cin>>a>>b>>d; if(d<gp[a][b]) //若路径相同,取最小值 { gp[a][b]=d; gp[b][a]=d; } } int s=Prim(n); cout<<s<<endl; } return 0; } Krusal算法:(克鲁斯卡尔算法是直接以边为目标去构建。

    图的存贮结构采用边集数组,且权值相等的边在数组中排列次序可以是任意的.该方法对于边相对比较多的不是很实用,浪费时间.

    思路:设无向连通网为G=(V, E),令G的最小生成树为T=(U, TE),其初态为U=V,TE={ },然后,按照边的权值由小到大的顺序,考察G的边集E中的各条边。若被考察的边的两个顶点属于T的两个不同的连通分量(并查集),则将此边作为最小生成树的边加入到T中,同时把两个连通分量连接为一个连通分量;若被考察边的两个顶点属于同一个连通分量,则舍去此边,以免造成回路,如此下去,当T中的连通分量个数为1时,此连通分量便为G的一棵最小生成树。 

    #include<iostream> #include<queue> #include<algorithm> using namespace std; struct node { int b,e,w; }; bool cmp(node x,node y) //比较函数,按权值升序排列 { return x.w<y.w; } int Find(int pre[],int k) //查找函数:查找连通分量顶点 { while(k!=pre[k]) k=pre[k]; return k; } void Kruskal(node g[],int m,int n) { int i,sum=0,cnt=0; int pre[100]; for( i=1; i<=n; i++) pre[i]=i; for( i=0; i<m; i++) { int x=Find(pre,g[i].b); int y=Find(pre,g[i].e); if(x!=y) //不相等,说明不在一个连通分量 { pre[x]=y; //将y加入x的连通分量 sum+=g[i].w; //计算路径 // cout<<g[i].b<<" "<<g[i].e<<" "<<g[i].w<<endl; } } cout <<sum<<endl; } int main() { int n,m; node g[10000]; while(cin>>n>>m) { for(int i=0; i<m; i++) //建立边集数组 { int a,b,d; cin>>a>>b>>d; g[i].b=a; g[i].e=b; g[i].w=d; } sort(g,g+m,cmp); Kruskal(g,m,n); } return 0; }  
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