最小生成树
1584. 连接所有点的最小费用
给你一个points 数组,表示 2D 平面上的一些点,其中 points[i] = [xi, yi] 。连接点 [xi, yi] 和点 [xj, yj] 的费用为它们之间的 曼哈顿距离 :|xi - xj| + |yi - yj| ,其中 |val| 表示val的绝对值。请你返回将所有点连接的最小总费用。只有任意两点之间 有且仅有 一条简单路径时,才认为所有点都已连接。
Prim 算法
从某一个点出发,将与该点相连的所有边加入小顶堆,每次最小边出堆,同时将该边的另一个顶点的邻接边全部入堆。class Solution {
public int minCostConnectPoints(int[][] points) {
int n = points.length;
List<int[]>[] graph = buildGraph(n, points);
return new Prim(graph).getMST();
}
public List<int[]>[] buildGraph(int n, int[][] points){ // 构建邻接表
List<int[]>[] graph = new LinkedList[n];
for (int i = 0; i < n; i++){
graph[i] = new LinkedList<>();
}
for (int i = 0; i < n; i++){
for (int j = i+1; j < n; j++){
int x1 = points[i][0], y1 = points[i][1];
int x2 = points[j][0], y2 = points[j][1];
int weight = Math.abs(x1-x2)+Math.abs(y1-y2);
graph[i].add(new int[]{i, j, weight});
graph[j].add(new int[]{j, i, weight});
}
}
return graph;
}
}
class Prim{
private PriorityQueue<int[]> pq;
private boolean[] isMST;
private int weightNum;
private List<int[]>[] graph;
public Prim(List<int[]>[] graph){
this.graph = graph;
this.pq = new PriorityQueue<>((a,b)-> {return a[2]-b[2];});
int n = graph.length;
isMST = new boolean[n];
isMST[0] = true;
cut(0);
while (!pq.isEmpty()){
int[] edge = pq.poll();
int point = edge[1];
if(isMST[point]){
continue;
}
isMST[point] = true;
weightNum += edge[2];
cut(point);
}
}
public void cut(int k){
for (int[] e : graph[k]){
int v = e[1];
if (!isMST[v]){
pq.offer(e);
}
}
}
public int getMST(){
return weightNum;
}
public boolean allConnected() {
for (int i = 0; i < isMST.length; i++) {
if (!isMST[i]) {
return false;
}
}
return true;
}
}
Kruskal 算法
将所有边升序排序,然后利用并查集判断边的两个点是否连通,不连通则加入最小生成树class Solution {
public int minCostConnectPoints(int[][] points) {
int n = points.length;
List<int[]> graph = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < n; i++){
for (int j = i+1; j < n; j++){
int x1 = points[i][0], y1 = points[i][1];
int x2 = points[j][0], y2 = points[j][1];
graph.add(new int[]{i, j, Math.abs(x1-x2)+Math.abs(y1-y2)});
}
}
Collections.sort(graph, (a,b) -> {return a[2] - b[2];});
UF uf = new UF(n);
int minCost = 0;
for (int[] e : graph){
if (!uf.connected(e[0],e[1])){
uf.union(e[0],e[1]);
minCost += e[2];
}
}
return minCost;
}
}
class UF {
// 连通分量个数
private int count;
// 存储一棵树
private int[] parent;
// 记录树的「重量」
private int[] size;
// n 为图中节点的个数
public UF(int n) {
this.count = n;
parent = new int[n];
size = new int[n];
for (int i = 0; i < n; i++) {
parent[i] = i;
size[i] = 1;
}
}
// 将节点 p 和节点 q 连通
public void union(int p, int q) {
int rootP = find(p);
int rootQ = find(q);
if (rootP == rootQ)
return;
// 小树接到大树下面,较平衡
if (size[rootP] > size[rootQ]) {
parent[rootQ] = rootP;
size[rootP] += size[rootQ];
} else {
parent[rootP] = rootQ;
size[rootQ] += size[rootP];
}
// 两个连通分量合并成一个连通分量
count--;
}
// 判断节点 p 和节点 q 是否连通
public boolean connected(int p, int q) {
int rootP = find(p);
int rootQ = find(q);
return rootP == rootQ;
}
// 返回节点 x 的连通分量根节点
private int find(int x) {
while (parent[x] != x) {
// 进行路径压缩
parent[x] = parent[parent[x]];
x = parent[x];
}
return x;
}
// 返回图中的连通分量个数
public int count() {
return count;
}
}
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