一个连通图可能有多棵生成树,而最小生成树是一副连通加权无向图中一颗权值最小的生成树,它可以根据prim算法和kruskal算法得出,这两个算法分别从点和边的角度来解决。
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:vn = {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vn = v:(在集合e中选取权值最小的边(u, v),其中u为集合vn中的元素,而v则是v中没有加入vn的顶点(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vn中,将(u, v)加入集合en中;)
输出:使用集合vn和en来描述所得到的最小生成树。
以下面这张图作为例子,表格中的vertex、kown、cost、path分别表示顶点信息、是否访问过,权值,到达路径;
我们随机的选择顶点0作为起点,其执行步骤为:
步骤
选中结点
顶点0作为起始点
根据(6, 7, 8)的方案选中6
1
根据顶点1能够到达的权值(7, 4, 3)和顶点0能够到达的权值(7, 8)中选择3
5
根据顶点5能够到达的权值(8)和根据顶点1能够到达的权值(7, 4)和顶点0能够到达的权值(7, 8)中选择4
6
根据顶点6能够到达的权值(6, 7)和顶点0能够到达的权值(7)中选择6
2
根据顶点0能够到达的权值(7)和顶点6能够到达的权值(7)中选择7
4
根据顶点6能够到达的权值(7)选择7
7
根据顶点7能够到达的权值(2)选择2
3
全部结点都访问过,退出
最终得到下面的结果,其中path中的-1表示其作为起始点;
根据前面的那幅图来实现,如下:
path结果为:[-1, 0, 6, 7, 0, 1, 1, 6]
构造一个只含n个顶点,而边集为空的子图,若将该子图中各个顶点看成是各棵树的根节点,则它是一个含有n棵树的森林 。之后,从图的边集中选取一条权值最小的边,若该边的两个顶点分属不同的树 ,则将其加入子图,也就是这两个顶点分别所在的 两棵树合成一棵树;反之,若该边的两个顶点已落在同一棵树上,则不可取,而应该取下一条权值最小的边再试之。依次类推,直至森林只有一棵树。kruskal算法能够在并查集的基础很快的实现。
以下面这张图作为例子,其中左边的表格是一个并查集,表示可以连通的结点。我们首先要根据权值对每条边进行排序,接着开始处理每一条边的情况。
最终得到下面的结果图:
因为我们要处理边,所以需要建立边的数据结构,并且要从给定的图中获取每一条边的数据。
接下来就是kruskal函数:
其中union打印出来的结果和图中是一致的,为[3, 3, 5, 6, 6, 6, -8, 3]。