在一个具有几个顶点的连通图G中,如果存在子图G'包含G中所有顶点和一部分边,且不形成回路,则称G'为图G的生成树,代价最小生成树则称为最小生成树。
许多应用问题都是一个求无向连通图的最小生成树问题。例如:要在n个城市之间铺设光缆,主要目标是要使这 n 个城市的任意两个之间都可以通信,但铺设光缆的费用很高,且各个城市之间铺设光缆的费用不同;另一个目标是要使铺设光缆的总费用最低。这就需要找到带权的最小生成树。
性质
- 最小生成树的边数必然是顶点数减一,|E| = |V| - 1。
- 最小生成树不可以有循环。
- 最小生成树不必是唯一的。
Prim算法与Kruskal算法是寻找最小生成树的经典方法。
prim算法:
从单一顶点开始,普里姆算法按照以下步骤逐步扩大树中所含顶点的数目,直到遍及连通图的所有顶点。
- 输入:一个加权连通图,其中顶点集合为V,边集合为E;
- 初始化:Vnew = {x},其中x为集合V中的任一节点(起始点),Enew = {};
- 重复下列操作,直到Vnew= V:
- 在集合E中选取权值最小的边(u, v),其中u为集合Vnew中的元素,而v则不是(如果存在有多条满足前述条件即具有相同权值的边,则可任意选取其中之一);
- 将v加入集合Vnew中,将(u, v)加入集合Enew中;
- 输出:使用集合Vnew和Enew来描述所得到的最小生成树。
为实现这个算法需要一个辅助数组closedge,来记录Vnew到V-Vnew具有最小权值的边。对于每个顶点vi∈V-Vnew,在辅助数组中存在一个分量closedge[i],表示vi到Vnew的最小代价边,closedge包括两个域, adjvex表示这条边的顶点,lowcost表示vi到adjvex的权值。当选择新的顶点到Vnew,选择新的边到Enew时,要更新closedge
无向加权图:
Graph
prim算法:
main:
例子:
原图:
运行结果:
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