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圖論 —— 最小生成樹(樸素Prim原理及模板題)

2020-10-06 19:20:44 移動端開發

最小生成樹

  • 模板題
  • 以模板題為例子解釋
  • AC代碼:(代碼有詳細的注釋!)

模板題

給定一個n個點m條邊的無向圖,圖中可能存在重邊和自環,邊權可能為負數,

求最小生成樹的樹邊權重之和,如果最小生成樹不存在則輸出impossible,

給定一張邊帶權的無向圖G=(V, E),其中V表示圖中點的集合,E表示圖中邊的集合,n=|V|,m=|E|,

由V中的全部n個頂點和E中n-1條邊構成的無向連通子圖被稱為G的一棵生成樹,其中邊的權值之和最小的生成樹被稱為無向圖G的最小生成樹,

輸入格式
第一行包含兩個整數n和m,

接下來m行,每行包含三個整數u,v,w,表示點u和點v之間存在一條權值為w的邊,

輸出格式
共一行,若存在最小生成樹,則輸出一個整數,表示最小生成樹的樹邊權重之和,如果最小生成樹不存在則輸出impossible,

資料范圍
1 ≤ n ≤ 500 1≤n≤500 1n500,
1 ≤ m ≤ 1 0 5 1≤m≤10^5 1m105,

圖中涉及邊的邊權的絕對值均不超過10000,

輸入樣例:

4 5
1 2 1
1 3 2
1 4 3
2 3 2
3 4 4

輸出樣例:

6

以模板題為例子解釋

根據給出的案例如圖所示:
在這里插入圖片描述
將所有的點距離初始化為正無窮,
在這里插入圖片描述
迭代n次 for (int i = 0; i < n; ++i ){ }
1.找到集合外最近的點,賦值為t
2.用t更新其他點到集合的距離(某一個點到集合的距離:這個點到集合內部的所有邊當中的長度最短的邊)
3.將t放到集合里面去 st[t] = true;

挑一個點放入集合中(這里挑①)

在這里插入圖片描述
用這個點更新其它點到 集合 的距離,(看其它點有沒有一條邊能連向集合內部),則點②更新為1,點③更新為2,點④更新為3
在這里插入圖片描述
在其它點(②③④)中,選一個距離集合(這里的集合只有點①)最近的點,即②,看是否能通過②這個點,更新其它點的距離,
①——②——③ 距離為3 大于 ①——③,所以不能更新,②沒有到④的線,所以總體無變化 ,則把點②加到集合中去,此時①——②這條邊是屬于集合的一條邊,

在這里插入圖片描述
選下一個點③,①——④ 距離為3,①——③——④距離為6
總體無變化,將③加到集合中
由于①——③和②——③這兩條邊的距離相等,所以只選一條邊加入即可,
最后把④也加入集合,
在這里插入圖片描述
或者:
在這里插入圖片描述
綠色的部分為集合,

生成樹: 每次選中的這個點,它的距離對應的那條邊就是生成樹里的一條邊,
最終這個集合就是這個案例最終的最小生成樹,

最小生成樹案例:
地圖上有n個城市(已知坐標),要在城市之間鋪設城際公路,使得城市與城市之間可以相互連通,問鋪設城際公路最小的總長度是多少?
(最小生成樹中正邊和負邊 ‘權重的正負’ 無關,都可以,)
(集合:代表當前已經在連通塊的所有點)

AC代碼:(代碼有詳細的注釋!)

#include<iostream>
#include<cstdio>
#include<string>
#include<cstring>
#include<map>

#define inf 0x3f3f3f3f
using namespace std;

const int N = 510;

int n, m;//n代表點,m代表邊
int g[N][N];//鄰接矩陣
int dist[N];//距離
bool st[N];//判斷該點是否在集合內

int prim() {
    memset(dist, inf, sizeof dist);//所有距離初始化為正無窮
    
    //n次迭代
    int res = 0;//存最小生成樹里面所有長度之和
    for (int i = 0; i < n; ++i) {
        //找到集合外,距離最短的點
        int t = -1;//初始化t == -1 表示我們當前還沒有找到任何一個點,
        for (int j = 1; j <= n; ++j) {
            //在集合外,t == -1還沒有找到任何一個點 || t的距離大于j的距離
            if (!st[j] && (t == -1 || dist[t] > dist[j])) {
                t = j;//就把t 更新成 j
            }
        }
        //如果不是第一個點,當前距離最近的點到我的距離都是正無窮,說明當前這個圖是不連通的,說明不存在最小生成樹
        if (i && dist[t] == inf) {
            return inf;
        }
        
        //如果只要不是第一個點,就把dist[t]加到最小生成樹的長度和里面去,只要不是第一個點,dist[t]表示當前這個點和現在已經連好的生成樹里面的某一條邊的長度,而且dist[t]代表一條樹邊,所以加上就可以了
        if (i) {
            res += dist[t];
        }
        st[t] = true;//將點加到樹里面去,
        /* 這里要先更新再累加,不然會出現自環問題,最小生成樹是不存在環的,*/
        //用t更新一下,其他點到 集合 的距離
        for (int j = 1; j <= n; ++j) {
            dist[j] = min(dist[j], g[t][j]);
        }
    }
    //結束之后,t存的就是當前距離最小的點
    
    return res;
}
int main()
{
    scanf("%d%d", &n, &m);
    
    memset(g, inf, sizeof g);//初始化為 +∞
    
    //讀入所有邊
    while(m--) {
        int a, b, c;
        scanf("%d%d%d", &a, &b, &c);
        //無向圖,就是建一條從a到b,再建一條從b到a的就可以了
        g[a][b] = g[b][a] = min(g[a][b], c);//可能有重邊,求一個min即可
        
    }
    
    int t = prim();
    
    //如果最終t == inf,則證明不存在這樣的最小生成樹
    if (t == inf) {
        printf("impossible\n");
    } else {
        printf("%d\n", t);
    }
    
    return 0;
}

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