最小生成树

 INTRODUCTION

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。

--百度百科

概述

在一给定的无向图G = (V, E) 中，(u, v) 代表连接顶点 u 与顶点 v 的边（即），而 w(u, v) 代表此边的权重，若存在 T 为 E 的子集（即）且为无循环图，使得

的 w(T) 最小，则此 T 为 G 的最小生成树。

最小生成树其实是最小权重生成树的简称。

--百度百科

最小生成树的性质：

最小生成树性质：设G=(V，E）是一个连通网络，U是顶点集V的一个非空真子集。若(u，v）是G中一条“一个端点在U中（例如：u∈U），另一个端点不在U中的边（例如：v∈V-U），且（u，v）具有最小权值，则一定存在G的一棵最小生成树包括此边（u，v）。--百度百科

通俗来说

对于一个连通图，若已经求出最小生成树A，则若能找出最小生成树B与A不同

则这个图中，至少有两条边边权相等，且两条边在同一个环上，删去这两条边中的任意一条不影响原图的连通性，

且在生成树A，B中等边权的边的数量相等

 推论

对于一个连通图，将他制成一颗生成树，使他的最大边最小，则这棵树是该图的最小生成树

不存在比最小生成树中最大边i更小的边j，当j将i替换后原图联通，若替换后仍联通，则j的权值必定比i大

因为在求最小生成树时已经保证最小联通

最小生成树的求法：

稀疏图Kruskal快,稠密图Prim快，根据题意选择使用的算法

当然你也可以选择两个算法都写，在输入时判断一下，如果是稠密图就跑Prim不然的话就跑Kruskal

1，Kruskal

Kruskal 的时间复杂度为 O(mlogm)

基本思路

I 设最小生成树为 T = (V,ET)，设置边集 ET 的初始状态为空集。 I 将 E 中的边按权值从小到大排序；从小到大开始依次选取边。 I 若选取的边使生成树 T 不形成回路（即仍然是一棵树或森林），则把 它加入 ET 中，保留作为 T 的一条边；否则将其舍弃。 I 如此进行下去，直到 ET 中包含 n−1 条边为止。最后的 T 即为最小 生成树

 

大致就是说将每一条边按照边权从小到大排序，之后按这个顺序扫一遍，若这条边的起点和终点尚未联通或间接联通，那加上这条边，把这两个点连起来，那么怎么判断联通呢？自然要靠并查集了

#include<iostream>
#include<cstdio>
#include<algorithm>
#include<vector>
using namespace std;
int f[100086];
struct edge
{
    int from;
    int to;
    int weight;
};
int n, m;
int tot;
long long ans;
vector<edge>e;
int find(int x)//普通的并查集
{
    if (f[x] == x)
        return x;
    else
        return f[x] = find(f[x]);
}
void merge(int a, int b)
{
    int x = find(a);
    int y = find(b);
    if (f[x] != f[y])
        f[y] = x;
}
bool cmp(edge a, edge b)
{
    return a.weight < b.weight;
}
int main()
{
    cin >> n >> m;
    for (int i = 1; i <= n; i++)
        f[i] = i;//并查集初始化
    for (int i = 1; i <= m; i++)
    {
        int x, y, z;
        cin >> x >> y >> z;
        edge t;
        t.from = x;
        t.to = y;
        t.weight = z;
        e.push_back(t);
        t.from = y;
        t.to = x;
        e.push_back(t);
    }
    sort(e.begin(), e.end(), cmp);
    for (int i = 0; i < e.size(); i++)
    {
        if (find(e[i].from) != find(e[i].to))//若你们俩没连在一起，那就连一下
        {
            merge(e[i].from, e[i].to);//合并并查集
            ans += e[i].weight;
        }
    }
    cout << ans << endl;
    return 0;
}

2，Prim

Prim 的时间复杂度为 O(n2)

基本思路

设置一个顶点的集合 S 和一个边的集合 ET，S 和 ET 的初始状态均 为空集。 I 选定图中的任意一个顶点 K，从 K 开始生成最小生成树：将 K 加入 到集合 S； I 重复下列操作，直到选取了 n−1 条边：选取一条权值最小的边 x−y， 其中 x∈S, y̸∈S；将顶点 y 加入集合 S，边 x−y 加入集合 ET。 I 得到最小生成树 T = (S,ET)。

#include<iostream>
#include<algorithm>
using namespace std;
struct edge
{
    int from;
    int to;
    int weight;
    int next;
}e[500005];
const int inf = 20041001;
int head[100086];
int dis[100086];
int vis[100086];
int tot;
long long ans;
int n, m;
void add(int x, int y, int z)
{
    tot++;
    e[tot].to = y;
    e[tot].from = x;
    e[tot].next = head[x];
    e[tot].weight = z;
    head[x] = tot;
}
long long prim()
{
    for (int i = 2; i <= n; i++)
        dis[i] = inf;
    for (int i = head[1]; i; i = e[i].next)
        dis[e[i].to] = min(dis[e[i].to], e[i].weight);
    int now = 1;
    for (int t = 1; t < n; t++)
    {
        int minn = inf;
        vis[now] = 1;
        for (int i = 1; i <= n; i++)
        {
            if (!vis[i] && minn > dis[i])
            {
                minn = dis[i];
                now = i;
            }
        }
        ans += minn;
        for (int i = head[now]; i; i = e[i].next)
        {
            int to = e[i].to;
            if (dis[to] > e[i].weight && !vis[to])
                dis[to] = e[i].weight;
        }
    }
    return ans;
}
int main()
{
    cin >> n >> m;
    for (int i = 1; i <= m; i++)
    {
        int x, y, z;
        cin >> x >> y >> z;
        add(x, y, z);
        add(y, x, z);
    }
    cout << prim() << endl;
    return 0;
}