图论第七天,prim和kruskal算法,说实话都没看的很懂,有点抽象难理解,只能照着题解理解一下了。
53. 寻宝(prim)
复制一下网站上的prim算法的结论
prim算法三部曲
- 第一步,选距离生成树最近节点
- 第二步,最近节点加入生成树
- 第三步,更新非生成树节点到生成树的距离(即更新minDist数组)
minDist数组是prim算法的灵魂,它帮助prim算法完成最重要的一步,就是如何找到距离最小生成树最近的点 。再来帮大家回顾minDist数组的含义:记录每一个节点距离最小生成树的最近距离。我们根据minDist数组,选取距离生成树最近的节点加入生成树,那么minDist数组里记录的其实也是最小生成树的边的权值。
节点数v和边数e,不可达的点对初始化为10001。读取边信息,更新邻接矩阵,表示每对相连节点之间的权重。定义两个辅助数组,visited用于标记哪些节点已加入最小生成树,minDist用于记录每个节点到当前生成树的最短距离。主循环执行v次,每次选出未加入树的、距离当前生成树最近的节点,并更新其他节点的minDist值。最后,累加这些最短边的权重得到最小生成树的权重值并输出。
python
# 接收输入
v, e = list(map(int, input().strip().split()))
# 按照常规的邻接矩阵存储图信息,不可达的初始化为10001
graph = [[10001] * (v+1) for _ in range(v+1)]
for _ in range(e):
x, y, w = list(map(int, input().strip().split()))
graph[x][y] = w
graph[y][x] = w
# 定义加入生成树的标记数组和未加入生成树的最近距离
visited = [False] * (v + 1)
minDist = [10001] * (v + 1)
# 循环 n - 1 次,建立 n - 1 条边
# 从节点视角来看:每次选中一个节点加入树,更新剩余的节点到树的最短距离,
# 这一步其实蕴含了确定下一条选取的边,计入总路程 ans 的计算
for _ in range(1, v + 1):
min_val = 10002
cur = -1
for j in range(1, v + 1):
if visited[j] == False and minDist[j] < min_val:
cur = j
min_val = minDist[j]
visited[cur] = True
for j in range(1, v + 1):
if visited[j] == False and minDist[j] > graph[cur][j]:
minDist[j] = graph[cur][j]
ans = 0
for i in range(2, v + 1):
ans += minDist[i]
print(ans)
53. 寻宝(kruskal)
prim 算法是维护节点的集合,而 Kruskal 是维护边的集合。
kruscal的思路:
- 边的权值排序,因为要优先选最小的边加入到生成树里
- 遍历排序后的边
- 如果边首尾的两个节点在同一个集合,说明如果连上这条边图中会出现环
- 如果边首尾的两个节点不在同一个集合,加入到最小生成树,并把两个节点加入同一个集合
不同的点是在重点维护边,所以定义边的类edge存储每条边的两个端点和权重,初始化father并查集数组判断是不是环。节点数v和边数e与prim算法中是一样的,并将所有边读入一个列表中。随后进入Kruskal 函数,先按边权从小到大排序,然后遍历所有边,检查该边的两个端点是否已属于同一个集合,若不在同一集合中则将其合并并将该边的权重加入最终结果中。这个过程直到所有节点连通为止。
python
class Edge:
def __init__(self, l, r, val):
self.l = l
self.r = r
self.val = val
n = 10001
father = list(range(n))
def init():
global father
father = list(range(n))
def find(u):
if u != father[u]:
father[u] = find(father[u])
return father[u]
def join(u, v):
u = find(u)
v = find(v)
if u != v:
father[v] = u
def kruskal(v, edges):
edges.sort(key=lambda edge: edge.val)
init()
result_val = 0
for edge in edges:
x = find(edge.l)
y = find(edge.r)
if x != y:
result_val += edge.val
join(x, y)
return result_val
if __name__ == "__main__":
import sys
input = sys.stdin.read
data = input().split()
v = int(data[0])
e = int(data[1])
edges = []
index = 2
for _ in range(e):
v1 = int(data[index])
v2 = int(data[index + 1])
val = int(data[index + 2])
edges.append(Edge(v1, v2, val))
index += 3
result_val = kruskal(v, edges)
print(result_val)