图 - 最小生成树

合集 - 算法总结(13)

1.递推 | 差分前缀和2022-09-082.递归 | 分治2022-09-293.深度优先搜索 DFS2022-10-034.广度优先搜索 BFS2022-10-045.二分2022-10-046.排序2022-10-127.贪心2022-10-158.动态规划2022-10-189.栈 | 队列2022-11-1910.并查集2022-11-1911.图 - 最短路2022-11-19

12.图 - 最小生成树2022-11-22

13.图 - 拓扑排序2022-11-24

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最小生成树 $\sf\color{grey}Minimum\ Spanning\ Tree$

生成树，是指在一张无向图中去掉一些边后剩下的子树。
最小生成树，就是图里边权和最小的生成树。

如何求最小生成树呢？
我们还是从点和边入手。

先从边开始吧……

$\textsf{Kruskal}$

$\sf\tiny\color{#EEEEEE}克鲁斯卡尔$
他既然要边权和最小，那我把边按照边权排序，从小到大加到树里面不就行啦？
慢着！
如果组成了环该怎么办？
看来，已经在生成树中的两个点不能再有新的边相连了。
怎么知道这两个点已经在生成树中了呢？

如果我把在树中的点归为一个集合，那么添一条边就相当与加一个点到集……
怎么那么耳熟……
哦！
是并查集！
添一条边，就合并两个点的集合。如果这条边连接的两个点已经在同一棵树中，说明这条边不合法！

那……什么时候停下来呢？
树的边数等于树的点数减一，说明如果我已经添加了点数减一条合法的边的话，那么算法就结束了。

思路理清后，让我们来写……

代码

#include<cstdio>
#include<algorithm>
#define INF 0x3fffffff
#define Min(a,b) ((a)<(b)?(a):(b))
struct L{int F,T,W;}E[400010];
bool Compare(L a,L b){return a.W<b.W;}
int Fa[5005],N,M,T,Ans;
int Find(int n)
{
	if(Fa[n]!=n)	Fa[n]=Find(Fa[n]);
	return Fa[n];
}
void Merge(int a,int b)
{
	a=Find(a),b=Find(b);
	Fa[b]=a;
}
bool Judge(int a,int b)
{
	a=Find(a),b=Find(b);
	return (a==b);
}
int main()
{
	scanf("%d%d",&N,&M);M*=2;
	for(int i=1;i<=N;i++)	Fa[i]=i;
	int ou,ov,ow;
	for(int i=0;i<M;i++)
		scanf("%d%d%d",&ou,&ov,&ow),
		E[i].F=ou,E[i].T=ov,E[i].W=ow,i++,
		E[i].F=ov,E[i].T=ou,E[i].W=ow;
	std::sort(E,E+M,Compare);
	for(int i=0;i<M;i++)
	{
		if(!Judge(E[i].F,E[i].T))
			Merge(E[i].F,E[i].T),Ans+=E[i].W,T++;
		if(T==N-1)	break;
	}
	if(T!=N-1)
	{
		printf("orz");
		return 0;
	}
	printf("%d",Ans);
	return 0;
}

---

除了边，我们还有另一个突破口：
点。

$\textsf{Prim}$

我们一开始随便确定一个点作为起点，然后一个一个往里边加点就好。
如何保证最小？
只需要找最小的，连接了树里的点的边，然后加入这条变和连接的另外一个点。

找最小？
于是我们又请出了我们的二叉堆。

确定一个点后，把他所连接的所有边扔进小根堆里。
然后一个一个边来找边权最小的边，找到下一个点，然后在把他所有的边都扔进堆里……

直到所有的点加入树中。

注意如果一条变连的另一个点已经加入了树，那这条变是非法的，要舍弃。

自己亲手写了一下……

代码

#include<cstdio>
#include<queue>
using std::vector;
using std::priority_queue;
struct Edge
{
	int To,Dis;
	bool operator<(Edge m)const
	{
		if(Dis==m.Dis)
			return To>m.To;
		else return Dis>m.Dis;
	}
};
vector<Edge> Graph[5050];
priority_queue<Edge> Search;
int N,M,o1,o2,o3,Edges,Fans;
bool InTree[5050];
void PushPoint(int n)
{
	InTree[n]=true;
	const int ol=Graph[n].size();
	for(int i=0;i<ol;i++)
		Search.push(Graph[n][i]);
	return;
}
int main()
{
	scanf("%d %d",&N,&M);
	for(int i=0;i<M;i++)
		scanf("%d %d %d",&o1,&o2,&o3),
		Graph[o1].push_back({o2,o3}),
		Graph[o2].push_back({o1,o3});
	PushPoint(1);
	while(!Search.empty())
	{
		const Edge S=Search.top();
		Search.pop();
		if(!InTree[S.To])
			Edges++,Fans+=S.Dis,
			PushPoint(S.To);
	}
	if(Edges>=N-1)	printf("%d",Fans);
	else			printf("orz");
	return 0;
}

来对比一下

算法名	$\textsf{Kruskal}$	$\textsf{Prim}$
图解
时间复杂度	$\sf O(m\log m)$	$\sf O((n+m)\log n)$
算法资瓷	并查集	二叉堆（Fib堆？）

暴力 Prim 的复杂度比 Kruskal 优，但 不一定 实际跑得更快。

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完结散花