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数据结构—最小生成树

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一、生成树

连通图的生成树是包含图中全部顶点的一个极小连通子图。

边尽可能少,但要保持连通


若图中顶点数为n,则它的生成树含有n-1条边。对生成树而言,若砍去它的一条边,则会变成非连通图,若加上一条边则会形成一个回路。

一个连通图可能有多个连通树
 

 

二、最小生成树(代价最小树)

对于一个带权连通无向图G=(V, E),生成树不同,每棵树的权(即树中所有边上的权值之和)也可能不同。设R为G的所有生成树的集合,若T为R中边的权值之和最小的生成树,则T称为G的最小生成树(Minimum-Spanning-Tree,MST) 。

最小生成树可能有多个,但边的权值之和总是唯一且最小的

最小生成树的边数=顶点数–1。砍掉一条则不连通,增加一条边则会出现回路


如果一个连通图本身就是—棵树,则其最小生成树就是它本身

只有连通图才有生成树,非连通图只有生成森林


 

三、求最小生成树

1、Prim算法(普里姆) 

Prim算法(普里姆):
从某一个顶点开始构建生成树;每次将代价最小的新顶点纳入生成树,直到所有顶点都纳入为止。

 

具体该如何实现呢,以下面的为例

从P城出发找最小生成树,从P城出发。

 P到学校的代价最小是1,最小所以P城连接学校

 然后找那个点,到P城和学校形成的树中,最小代价的,我们可以看到,只有矿场到P城是最小的

所以连接P城和矿场。(如果选下面的4最终图不一样,但是最终最小代价一样)

 

然后看哪个点到这个三个点形成的树最小的代价,知道渔村是最小的,连接矿场和渔村。

 

在寻找是剩下俩个结点中到这棵树的最下代价,易知是农场到P城的路径最小。

 最后还剩一个电站与农场相连路径最短为3 。

 

 这个也是最终的最小生成树(红线连接部分)

2.Kruskal 算法(克鲁斯卡尔)

Kruskal算法(克鲁斯卡尔)∶
每次选择一条权值最小的边,使这条边的两头连通(原本已经连通的就不选)
直到所有结点都连通

 任然是这个图

按照克鲁斯卡尔算法,找到一个最小的权值的边,是学校和P城

 然后在找到是矿场和渔村,且俩个点不连通,可以选。

 

然后找权值最小的边是渔村和电站为3,且俩个点目前不连通·

 

在从剩余的边中找到权值最小的,有俩个是P城和矿场以及P城和渔村,随便选都行。虽然最终图不一样,但是最小代价一样。

 

然后找最小,发现是P城和渔村,但是P城和渔村是连通的。所以不选,在找,权值是5的有俩个,然而,学校和矿场确是俩通的,只能选农场和P城,选完以后发现全部连通

 

3.Prim算法和Kruskal算法对比

 

 

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