day57|prim算法精讲, kruskal算法精讲

prim算法精讲

prim算法 是从节点的角度 采用贪心的策略 每次寻找距离 最小生成树最近的节点 并加入到最小生成树中。

minDist数组 用来记录 每一个节点距离最小生成树的最近距离

53. 寻宝(第七期模拟笔试) (kamacoder.com)

#include <iostream>
#include <vector>
#include <climits>

using namespace std;

int main(){
    int v = 0, e = 0, v1 = 0, v2 = 0, val = 0; 
    cin >> v >> e;
    vector<int> minDist(v + 1, 10001);
    vector<int> visited(v + 1, 0);
    vector<vector<int>> map(v + 1, vector<int>(v + 1, 10001));
    for(int i = 1; i <= e; i++){
        cin >> v1 >> v2 >> val;
        map[v1][v2] = val;
        map[v2][v1] = val;
    }
    for(int i = 1; i < v; i++){
        int cur = -1, minVal = INT_MAX;
        for(int j = 1; j <= v; j++){
            if(!visited[j] && minDist[j] < minVal){  // 找距离树最近的节点,第一次默认取第一个节点
                cur = j;
                minVal = minDist[j];
            }
        }
        visited[cur] = 1;  // 加入最小节点树
        for(int j = 1; j <= v; j++){
            if(!visited[j] && map[j][cur] < minDist[j]){
                minDist[j] = map[j][cur];
            }
        }
    } 
    int ans = 0;
    for(int i = 2; i <= v; i++){  // 第一个节点不计
        ans += minDist[i];
    }
    cout << ans;
    return 0;
}

kruskal算法精讲

代码随想录 (programmercarl.com)

#include <iostream>
#include <vector>
#include <climits>
#include <algorithm>

using namespace std;

struct edge{
    int v1 = 0, v2 = 0, val = 0;
};
vector<int> father = vector<int>(10001, 0);
int v;

void init(){
    for(int i = 1; i <= v; i++){
        father[i] = i;
    }
}

int find(int i){
    if(i == father[i]){
        return father[i];
    }
    return father[i] = find(father[i]);
}

void join(int i, int j){
    i = find(i);
    j = find(j);
    if(i == j){
        return ;
    }
    father[i] = j;
}
bool ifSame(int i, int j){
    return find(i) == find(j);
}

int main(){
    int e;
    cin >> v >> e;
    vector<edge> edges;  // 记录每条边
    int v1, v2, val;
    while (e-- > 0) {
        cin >> v1 >> v2 >> val;
        edge es;
        es.v1 = v1;
        es.v2 = v2;
        es.val = val;
        edges.push_back(es);
    }
    sort(edges.begin(), edges.end(), [](const edge &a, const edge &b){
        return a.val < b.val; // 按照边的权重从小到大排序        
    });
    init(); // 初始化并查集
    int ans = 0;
    e = edges.size();
    for(int i = 0; i < e; i++){
        if(!ifSame(edges[i].v1, edges[i].v2)){// 这条边的两个节点还没完全放入树中
            join(edges[i].v1, edges[i].v2);
            ans += edges[i].val;
        }
    }
    cout << ans;
    return 0;
}

### Prim算法Kruskal算法的比较 #### 工作原理的不同 Prim算法是从任意一个顶点开始构建最小生成树,逐步扩展已有的部分直到覆盖所有顶点。每次迭代过程中选取当前未被纳入生成树集合中的离已有结构最近的一个节点并将其加入其中[^4]。 相比之下,Kruskal算法则侧重于处理边而非顶点。该方法首先按照权值升序排列所有的边,在遍历这些有序列表的同时尝试添加每条边至正在形成的森林里——只要这样做不会形成环路即可[^5]。 #### 数据结构的选择 对于Prim算法而言,通常会利用优先队列来高效找到下一个要访问的最佳候选者;而在实现上可以借助二叉堆或是斐波那契堆等高级数据结构进一步优化性能表现[^3]。 另一方面,由于Kruskal算法涉及频繁查询两个端点是否属于同一连通分量的操作,因此一般配合不相交集(Union-Find)的数据结构使用以加速此类判断过程[^1]。 #### 时间复杂度分析 当面对稠密图时,即边的数量接近于\(V^2\)的情况之下,Prim算法能够展现出更优的时间效率,特别是通过邻接矩阵表示法下的朴素版本更是如此。然而,在稀疏图的情况下,则应考虑采用基于边表表达形式的Kruskal方案,其主要开销在于初始阶段对全部边实施排序操作\[O(E\log E)\]。 #### 应用场景建议 针对具体的应用环境选择合适的最小生成树算法至关重要: - 对于较为密集的网络拓扑结构,推荐选用Prim算法; - 如果待解决问题所对应的图形呈现明显稀疏特征,则更适合应用Kruskal算法来进行求解。 ```cpp // 示例代码展示两种算法的核心逻辑差异 (C++) // Prim Algorithm Core Logic void prim(vector<vector<int>>& graph, int start){ priority_queue<pair<int,int>, vector<pair<int,int>>, greater<>> pq; vector<bool> visited(graph.size(), false); pq.push({0,start}); while(!pq.empty()){ auto [weight,node]=pq.top(); pq.pop(); if(visited[node]) continue; visited[node]=true; // Process node and add adjacent nodes to the queue... } } // Kruskal Algorithm Core Logic struct Edge { int u,v,w; }; bool cmp(const Edge& a,const Edge& b){return a.w<b.w;} int find(int x,vector<int>& parent); void kruskal(vector<Edge>& edges, int n){ sort(edges.begin(),edges.end(),cmp); vector<int>parent(n),rank(n,0); iota(parent.begin(),parent.end(),0); for(auto &e : edges){ int pu=find(e.u,parent),pv=find(e.v,parent); if(pu!=pv){ union_sets(pu,pv,parent,rank); // Add edge e into MST ... } } } ```
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