最小生成树

依旧是先来个板子题

 

前置知识：

关于图的几个概念定义：

• 连通图：在无向图中，若任意两个顶点vi与vj都有路径相通，则称该无向图为连通图。
• 强连通图：在有向图中，若任意两个顶点vi与vj都有路径相通，则称该有向图为强连通图。
• 连通网：在连通图中，若图的边具有一定的意义，每一条边都对应着一个数，称为权；权代表着连接连个顶点的代价，称这种连通图叫做连通网。
• 生成树：一个连通图的生成树是指一个连通子图，它含有图中全部n个顶点，但只有足以构成一棵树的n-1条边。一颗有n个顶点的生成树有且仅有n-1条边，如果生成树中再添加一条边，则必定成环。
• 最小生成树：在连通网的所有生成树中，所有边的代价和最小的生成树，称为最小生成树。 

 

一、定义

（看板子题就好）

给出一个无向图，求出最小生成树，如果该图不连通，则输出orz

输入格式：

第一行包含两个整数N、M，表示该图共有N个结点和M条无向边。（N<=5000，M<=200000）

接下来M行每行包含三个整数Xi、Yi、Zi，表示有一条长度为Zi的无向边连接结点Xi、Yi

输出格式：

输出包含一个数，即最小生成树的各边的长度之和；如果该图不连通则输出orz

 

 

二、有两种算法

　　kruskal 和  prim

 

两者区别：Prim在稠密图中比Kruskal优，在稀疏图中比Kruskal劣。

Prim是以更新过的节点的连边找最小值，Kruskal是直接将边排序。

 

 

kruskal

此算法又可称为“加边法”

初始最小生成树边数为0

每迭代一次就选择一起满足条件的最小代价边，加入到最小生成树的边集合中

1.把图中的所有边按代价从小到大排序

2.把图中的n个顶点看成独立的n棵树

3.按权值从小到大选择边，所选的边连接的两个顶点ui,viui,vi,应属于两颗不同的树，则成为最小生成树的一条边，并将这两颗树合并作为一颗树。

4. 重复(3),直到所有顶点都在一颗树内或者有n-1条边为止。

 

#include<cstdio>
#include<algorithm>
#include<iostream>
using namespace std;
inline int read()
{
    int sum = 0,p = 1;
    char ch = getchar();
    while(ch < '0' || ch > '9')
    {
        if(ch == '-')
            p = -1;
        ch = getchar();
    }
    while(ch >= '0' && ch <= '9')
    {
        (sum *= 10)+= ch - '0';
        ch = getchar();
    }
    return sum * p;
}

const int maxm = 200005,maxn = 5005;
struct Edge
{
    int from,to,wei;
}edge[maxm];
int fa[maxn],n,m,ans,u,v,cnt;

inline bool cmp(Edge a,Edge b)
{
    return a.wei < b.wei;
}

int find(int o)
{
    if(o == fa[o])
        return o;
    else
        return fa[o] = find(fa[o]);
}

inline void kruskal()
{
    sort(edge+1,edge+m+1,cmp);
    for(int i = 1;i <= m;i++)
    {
        u = find(edge[i].from);
        v = find(edge[i].to);
        if(u == v)
            continue;
        ans += edge[i].wei;
        fa[v] = u;
        if(++cnt == n - 1)
            break;
    }
}

int main()
{
    n = read(),m = read();
    for(int i = 1;i <= n;i++)
        fa[i] = i;
    for(int i = 1;i <= m;i++)
    {
        edge[i].from = read();
        edge[i].to = read();
        edge[i].wei = read();
    }
    kruskal();
    printf("%d",ans);
    return 0;
} 

 

 

 

Prim

 

此算法也可以成为“加点法”

每次迭代选择代价最小的边对应的点加入到最小生成树中

算法从某一个顶点s开始逐渐长大覆盖整个连通网的所有顶点

1.图的所有顶点集合为v；初始令集合u={s}，v=V-u；

2.在两个集合u，v能组成的边中，选择我一条代价最小的边（u0，v0），加入到最小生成树中，并把v0并入到集合u中

3.重复上述步骤，知道最小生成树有n-1条边或者n个顶点为止

 

由于不断向集合u中加点，所以最小代价边必须同步更新；需要建立一个辅助数组closedge,用来维护集合v中每个顶点与集合u中最小代价边信息

 

 

#include<cstdio>
#include<algorithm>
#include<iostream>
using namespace std;
inline int read()
{
    int sum = 0,p = 1;
    char ch = getchar();
    while(ch < '0' || ch > '9')
    {
        if(ch == '-')
            p = -1;
        ch = getchar();
    }
    while(ch >= '0' && ch <= '9')
    {
        (sum *= 10)+= ch - '0';
        ch = getchar();
    }
    return sum * p;
}

const int maxn = 5005,maxm = 200005,inf = 123456789;
struct edge
{
    int v,w,next;
}e[maxm<<1];
int head[maxn],dis[maxn],cnt,n,m,tot,now = 1,ans;
bool vis[maxn];

inline void add(int u,int v,int w)
{
    e[++cnt].v = v;
    e[cnt].w = w;
    e[cnt].next = head[u];
    head[u] = cnt;
}

int prim()
{
    for(int i = 2;i <= n;i++)
        dis[i] = inf;
    for(int i = head[1];i;i = e[i].next)
        dis[e[i].v] = min(dis[e[i].v],e[i].w);
    while(++tot<n)
    {
        int minn = inf;
        vis[now] = true;
        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 v = e[i].v;
            if(dis[v] > e[i].w && !vis[v])
                dis[v] = e[i].w;
        }
    }
    return ans;
}

int main()
{
    n = read(),m = read();
    int u,v,w;
    for(int i = 1;i <= m;i++)
    {
        u = read(),v = read(),w = read();
        add(u,v,w);
        add(v,u,w);
    }
    printf("%d",prim());
    return 0;
}