最小生成树prim算法详解

prim算法解决的是最小生成树问题,即在一个给定的无向图G中求一棵生成树T,使得这棵树拥有图G中的所有顶点,且所有边都是来自图G中的边,并且满足整棵树的边权之和最小。

prim算法的基本思想是对图G设置集合S来存放已被访问的顶点,然后执行n次下面的两个步骤:

(1)每次从集合V-S中选择与集合S最近的一个顶点(记为u),访问u并将其加入集合S,同时把这条离集合S最近的边加入到最小生成树中。

(2)令顶点u作为集合S与集合V-S连接的接口,优化从u能到达的未访问顶点v与集合S的最短距离

prim算法和Dijkstra算法使用的思想几乎完全相同。只有在数组d\[\]的含义上有所区别。其中,Dijkstra算法的数组d\[\]含义为起点s到达顶点Vi的最短距离,而prim算法的数组d\[\]含义为顶点Vi与集合S的最短距离,两者的区别仅在于最短距离是顶点Vi针对"起点s"还是"集合S"。另外,对最小生成树问题而言,如果仅是求最小边权之和,那么在prim算法中就可以随意指定一个顶点为初始点,例如在下面的代码中默认使用0号顶点为初始点。实现的伪代码如下:

复制代码
Prim(G,d[]){
	初始化;
	for(循环n次){
		u=使d[u]最小的还未被访问的顶点的标号;
		记u已被访问;
		for(从u出发能到达的所有顶点v){
			if(v未被访问&&以u为中介点使得v与集合S的最短距离d[v]更优){
				将G[u][v]赋值给v与集合S的最短距离d[v]; 
			}
		} 
	} 
}

下面给出分别使用邻接矩阵和邻接表的prim算法代码:

(1)邻接矩阵版

复制代码
const int maxn=1000;
const int INF=1000000000;
int n,G[maxn][maxn];
int d[maxn];
bool vis[maxn]={false};
int prim(){//默认0为起始点,函数返回最小生成树的边权之和 
	fill(d,d+maxn,INF);
	d[0]=0;
	int ans=0;
	for(int i=0;i<n;i++){
		int u=-1,MIN=INF;
		for(int j=0;j<n;j++){//找到未访问的顶点中d[]最小的 
			if(vis[j]==false&&d[j]<MIN){
				u=j;
				MIN=INF;
			}
		}
		if(u==-1){
			return -1;
		}
		vis[u]=true;
		ans+=d[u];
		for(int v=0;v<n;v++){
			if(vis[v]==false&&G[u][v]!=INF&&G[u][v]<d[v]){
				d[v]=G[u][v];
			}
		}
	}
	return ans;
}

(2)邻接表版

复制代码
struct node{
	int v,dis;
};
vector<node> Adj[maxn];
int n;
int d[maxn];
bool vis[maxn]={false};
int prime(){
	fill(d,d+maxn,INF);
	d[0]=0;
	int ans=0;
	for(int i=0;i<n;i++){
		int u=-1,MIN=INF;
		for(int j=0;j<n;j++){
			if(vis[j]==false&&d[j]<MIN){
				u=j;
				MIN=d[j];
			}
		}
		if(u==-1){
			return -1;
		}
		vis[u]=true;
		ans+=d[u];
		for(int j=0;j<Adj[u].size();j++){
			int v=Adj[u][j].v;
			if(vis[v]==false&&Adj[u][j].dis<d[v]){
				d[v]=Adj[u][j].dis;
			}
		}
	}
	return ans;
}

和Dijkstra算法一样,使用这种写法的复杂度为,其中邻接表实现的prim算法可以使用堆优化使时间复杂度降为。所以尽量在图的顶点数目较少而边数较多的情况下使用prim算法。

相关推荐
阿正的梦工坊37 分钟前
【Rust】07-错误处理:Option、Result 与 ? 运算符
开发语言·算法·rust
烬羽41 分钟前
从零理解树与二叉树:用 JS 带你手撕遍历和递归
javascript·数据结构
YHL1 小时前
🚀从零理解树与二叉树 —— 概念、实现与遍历
前端·javascript·数据结构
为何创造硅基生物1 小时前
独占指针的创建std::make_unique 本身自带堆出现
c++
JieE2121 小时前
JS 到底有多少种数据类型?从ECMA规范到内存本质,一文彻底搞懂
javascript·数据结构·面试
kyle~1 小时前
ROS 2 与 Isaac Sim 联合仿真(一)体系架构、环境选型与基础通信闭环
c++·机器人·nvidia·仿真·ros2
努力努力再努力wz2 小时前
【内存管理与高并发内存池系列】从 mmap 到 malloc:文件映射、匿名映射与 glibc 内存分配机制详解
linux·c语言·数据结构·数据库·c++·qt·链表
八解毒剂2 小时前
数据结构-平衡二叉树——对二叉搜索树的优化
数据结构·c++·算法
运行时记录2 小时前
别再手动写提示词了 — SkillOpt 让技能文档自己进化
算法
起床困难户5752 小时前
条款20:协助完成返回值优化
c++