“次小生成树类问题”模版

最小瓶颈路求解模板
本文提供了一个用于求解次小生成树问题的模版,重点在于计算每对节点间最大瓶颈路径的边长maxcost[u][v]数组。模版基于LRJ例题代码,以结构体形式呈现。最小瓶颈路是指在加权无向图中找到从u到v的路径,使得路径上最长边的长度最短。次小生成树可以通过最小生成树加上一条边然后删除一条边得到,删除边的长度可通过maxcost数组直接获取。该算法的时间复杂度为O(n^2)。
#include<cstdio>
#include<cmath>
#include<cstring>
#include<vector>
#include<algorithm>
using namespace std;

const int maxn = 1000 + 10;

struct Edge {
  int x, y;
  double d;
  bool operator < (const Edge& rhs) const {
    return d < rhs.d;
  }
};

struct MST{
    int n, m;//点数和边数
    Edge e[maxn*maxn];//储存所有的边
    int pa[maxn];//用于并查集,父指针
    vector<int> G[maxn];//用于Dfs,储存生成树中每个点相邻的点
    vector<double> C[maxn];//用于Dfs,储存相应的边的权
    vector<int> nodes;//用于Dfs,储存已经遍历过的节点
    double maxcost[maxn][maxn];//储存最小生成树中,u、v唯一路径上的最大权值

    //这里是把无根树,转为了有根树,具体做法:
    //在初始调用时Dfs(0,-1,0),然后后面节点拓展儿子时,不允许向回走
    void dfs(int u, int fa, double facost){
        //先对当前点同所有已访问过的节点,进行更新
        for(int i = 0; i < nodes.size(); i++) {
            int x = nodes[i];
            maxcost[u][x] = maxcost[x][u] = max(maxcost[x][fa], facost);
        }
        nodes.push_back(u);
      
<think>好的,我现在需要为用户介绍最小生成树模板。首先,我得回忆一下最小生成树的基本概念和相关算法。最小生成树(Minimum Spanning Tree,MST)是在一个加权无向图中找到一棵包含所有顶点的树,并且边的权值之和最小。常用的算法有Prim算法和Kruskal算法。 接下来,我需要确定用户的需求是什么。他们可能是在准备算法竞赛或者学习图论,需要模板代码来实现这两种算法。因此,我应该分别解释这两种算法的原理,然后给出代码模板,并比较它们的适用场景。 对于Kruskal算法,核心是使用并查集来管理连通性,按边的权重从小到大排序,依次选择不形成环的边。这里要注意路径压缩和按秩合并优化并查集的操作,以提高效率。代码部分需要结构体或来存储边,以及并查集的实现。时间复杂度方面,Kruskal是O(M log M),适合边较少的稀疏图。 然后是Prim算法,这通常使用优先队列(堆)来实现,似于Dijkstra算法。需要维护一个最小堆来选择当前权值最小的边,同时记录哪些顶点已加入生成树。Prim算法的时间复杂度取决于使用邻接矩阵还是邻接表,以及是否用堆优化。使用堆优化的版本是O(M log N),适合边较多的稠密图。 在编写代码模板时,要确保语法正确,变量命名清晰,并加上必要的注释。例如,在Kruskal的模板中,需要初始化并查集,排序边,然后遍历合并;在Prim的模板中,则需要构建邻接表,使用优先队列,并维护一个visited数组。 同时,应该指出两种算法的区别:Kruskal更适合稀疏图,而Prim在稠密图中表现更好。这是因为Kruskal的时间复杂度主要取决于边的数量,而Prim在邻接矩阵的情况下是O(N²),对于稠密图来说可能更快,但堆优化后更适合边多的情况。 可能用户会混淆这两种算法的应用场景,所以需要明确说明。另外,示例输入输出可以帮助用户理解模板的使用方法,比如给出一个具体的图结构,展示算法如何逐步构建最小生成树。 最后,需要检查是否有遗漏的细节,比如处理图不连通的情况(此时无法生成MST),或者在代码中处理可能的异常。确保提供的模板代码能够正确处理各种情况,比如边权为负数时是否影响算法逻辑(不影响,因为MST允许负权边,只要总权最小)。 总结起来,我需要分步骤介绍两种算法,提供清晰的代码模板,并比较它们的优缺点和使用场景,帮助用户根据具体问题选择合适的算法。</think>最小生成树(Minimum Spanning Tree, MST)是连接加权无向图所有顶点的边权总和最小的树。以下是两种常用算法的模板及解析: --- ### 一、Kruskal 算法(贪心+并查集) **适用场景**:稀疏图(边少) **时间复杂度**:O(M log M) (M为边数) #### 算法步骤: 1. 将边按权值升序排序 2. 初始化并查集 3. 遍历所有边,用并查集判断是否形成环 4. 累计不形成环的边权 ```cpp #include <vector> #include <algorithm> using namespace std; struct Edge { int u, v, w; Edge(int _u, int _v, int _w) : u(_u), v(_v), w(_w) {} }; vector<Edge> edges; int parent[1005]; int find(int x) { return parent[x] == x ? x : parent[x] = find(parent[x]); } bool unite(int x, int y) { x = find(x), y = find(y); if (x == y) return false; parent[y] = x; return true; } int kruskal(int n) { // n为顶点数 sort(edges.begin(), edges.end(), [](Edge& a, Edge& b) { return a.w < b.w; }); for (int i = 1; i <= n; ++i) parent[i] = i; int sum = 0, cnt = 0; for (auto& e : edges) { if (unite(e.u, e.v)) { sum += e.w; if (++cnt == n-1) break; // 选够n-1条边 } } return cnt == n-1 ? sum : -1; // -1表示图不连通 } ``` --- ### 二、Prim 算法(优先队列) **适用场景**:稠密图(边多) **时间复杂度**:O(M log N) (N为顶点数) #### 算法步骤: 1. 任选起始点,初始化优先队列 2. 每次取出离当前树最近的顶点 3. 更新相邻顶点到树的距离 ```cpp #include <vector> #include <queue> #include <climits> using namespace std; typedef pair<int, int> pii; // {weight, vertex} int prim(vector<vector<pii>>& graph, int n) { vector<bool> vis(n+1, false); priority_queue<pii, vector<pii>, greater<pii>> pq; int sum = 0, cnt = 0; pq.push({0, 1}); // 从顶点1开始 while (!pq.empty()) { auto [w, u] = pq.top(); pq.pop(); if (vis[u]) continue; vis[u] = true; sum += w; cnt++; for (auto& [v, cost] : graph[u]) { if (!vis[v]) { pq.push({cost, v}); } } } return cnt == n ? sum : -1; // -1表示图不连通 } ``` --- ### 三、算法对比 | 特性 | Kruskal | Prim | |-------------|-----------------------------|--------------------| | 数据结构 | 并查集 + 排序 | 优先队列 | | 适用场景 | 稀疏图(边少) | 稠密图(边多) | | 时间复杂度 | O(M log M) | O(M log N) | | 是否需要邻接表 | 不需要 | 需要 | --- ### 四、使用示例 输入(邻接表): ``` 顶点数n=3,边: 1-2 (权重5) 2-3 (权重6) 1-3 (权重4) ``` 输出: ``` 最小生成树权值和 = 5 + 4 = 9 ``` --- 根据图的稠密程度选择算法:稀疏图优先用Kruskal,邻接矩阵存储的稠密图可用朴素版Prim(时间复杂度O(N²))。模板代码需根据具体题目调整顶点编号方式(0-based或1-based)。
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