????在n个城市之间铺设光缆,铺设光缆费用很高且各个城市之间铺设光缆的费用不同。如果设计目标是使这n个城市之间的任意两个城市都可以直接或间接通信,并且要使铺设光缆的费用最低,这样的问题就是一个求最小生成树的问题。解决这个问题的方法就是在有n个城市结点、n(n-1)/2条费用不同的边构成的无向连通图中找出最小生成树。
??? 最小生成树的应用相当广泛,是图论中比较基础的算法。解决最小生成树有两种算法:prim和kruskal。
??? prim的思想:
??? 设置两个集合U和V,U中存放图G中最小生成树的结点集合,V是整个结点集合。初始令U ={u0},设u0为起始点(任意设定)。从U和V/U的带权边中找出最小权值的边<u,v>,并将结点v加入到集合U中,当U=V时,构造完毕。
??? prim的设计:主要是一个lowCost数组用来存放由U到V/U的边的权值,已加入到U中的设为-1。
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int prim() //复杂度O(N^2) { int result = 0; int minCost; int i,j,k; lowCost[0] = -1; //从结点0开始 for(i = 1; i< n; i++) lowCost[i] = graph[0][i]; for(i = 1; i < n; i++) //找n-1条边 { minCost = MAX; for(j = 1; j < n; j++) //找两个不想交集合的最小边 { if(lowCost[j]>0 && lowCost[j]<minCost) { minCost = lowCost[j]; k = j; } } lowCost[k] = -1; //找到,标记 result += minCost; for(j = 1; j < n; j++) //加入这个结点后,更新两个集合的边。 { if(graph[k][j] < lowCost[j]) lowCost[j] = graph[k][j]; } } return result; }
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kruskal思想:
??? 对图G的所有边按权值从小到大排序,每次取一条边,若此边的两个结点属于同一个连通分量,则舍弃这条边;若不属于同一个连通分量,则将这条边加入到最小生成树中。当所有结点属于同一个连通分量时,构造完毕。
??? kruskal设计:
??? 一个边的结构体。有几个关键问题:
?? 如何判断两个结点是否属于一个连通分量:
?每个连通分量都用其中一个结点来标识,p[]数组用来表示结点的父节点(初始p[i]=i),真正的头结点满足p[i]=i;首先根据传进来的边的两个顶点,用findSet找出点所属的父节点(递归,条件x==p[x]),若父节点相同,显然属于同一个连通分量,直接返回,测试下一条边;否则,合并两个连通分量。
?? 如何合并两个连通分量:
两个连通分量x,y,是将x合并到y还是y合并到x?这就用一个rank数组来确定(初始rank[]=0)。如果rank[x]>rank[y],则将y合并到x,即p[y] = x;否则,将x合并到y,即p[x] = y,如果rank[x]=rank[y],还要将rank[y]加1。
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例:
初始传入最小边ab,rank[a]==0==rank[b],则将rank[b]加1,p[a]=b;
传入边ac,a属于分量b,c属于分量c,且rank[b]==1 > 0==rank[c],则p[c]=b;
同理传入ad,ae之后,p[d],p[e]都等于b。
传入边fg,同传入ab;
传入边bg,rank[b]==1==rank[g],则p[g]=b,rank[b]++;
传入边be,b与e同属于b,直接返回,最小生成树构造完毕!
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#include <iostream> using namespace std; int n; //结点个数 int m; //边的条数 int p[26]; //用来寻找某个点属于的子连通图(P[i] == i) int rank[26]; //若i属于某连通分量且p[i] = i;则用rank[i]来判断合并两个连通分量将哪个作为哪个的子集 int result; typedef struct edge { int v1; int v2; int w; }Edge; Edge e[75]; int cmp(const void *a, const void *b) { return (*(Edge *)a).w - (*(Edge *)b).w; } void initial() { memset(e,0,sizeof(Edge)*75); m = 0; result = 0; } int findSet(int x) //找属于的集合 { if(x != p[x]) p[x] = findSet(p[x]); return p[x]; } void Union(int x, int y, int w) /*****更改集合*****/ { if(x == y) return; if(rank[x] > rank[y]) { p[y] = x; } else { p[x] = y; if(rank[x] == rank[y]) rank[y] ++; } result += w; } int kruskal() { int i; for(i = 0; i < 26; i++) { rank[i] = 0; p[i] = i; } qsort(e,m,sizeof(Edge),cmp); for(i = 0; i < m; i++) Union(findSet(e[i].v1), findSet(e[i].v2), e[i].w); return result; } int main() { int i,j; char v1; int num; char v2; int w; while(cin>>n && n!=0) { initial(); for(i = 1; i < n; i++) { cin>>v1>>num; for(j = 0; j < num; j++) { cin>>v2>>w; e[m].v1 = v1-'A'; e[m].v2 = v2 -'A'; e[m].w = w; m++; } } printf("%d\n",kruskal()); } return 0; }
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?说明:参见poj1251
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