最短路径和最小生成树

一眼看,求最小生成树的 prim 算法和求单源最短路径的 dijkstra 算法非常像,事实上它们也确实是一回事,贪心策略,不同的是,dijkstra 算法每次加入一个到达源 S 最短的点,而 prim 则加入到达已生成 tree 最短的点。

换句话说,dijkstra 算法松弛的是点到点的距离,prim 算法松弛的是点到集合的距离,本质上都是一种 “自然力” 来驱动,我们能在大自然中找到这样算法的很多实例。

我已经用爆炸源向外的冲击波,河水泛滥等自然界的例子描述过 dijkstra 算法,大自然对此算法是如此偏爱,以至于几乎任何自然接触的过程,概莫能外。我遵循这本质产生了一种新算法,参见 求最短路径新方法

对于最小生成树,它和最短路径同样容易理解,比如自然界中能看到的树,几乎都是最小生成树。
自然长大的树(非刻意修剪的盆景),动物体内的血管,甚至从集市自然形成的城市道路,帝国扩张,都是最小生成树,个中原因就是自然选择,如果它们不 “最小”,就会有更小的树取而代之。如果说最短路径是沿一条路的接触过程,路径长一点就是代价,那么最小生成树是维持组织而成的结果,整个组织的总长度长一丢丢就是代价。

下图既是 prim 算法正确性的说明(只是说明,并非严格证明),也是自然选择的基础:
在这里插入图片描述

只要选择了非 prim 路径,就会付出额外代价,额外支出将会带来竞争的劣势,因此自然选择倾向于最小生成树。

再用 “连通孤岛” 的视角理解最小生成树来与 prim 算法殊途同归,kruskal 算法描述了这个过程:
在这里插入图片描述

据说霉菌蔓延就是这个过程:
在这里插入图片描述

动物族群,甚至我们人类社会城市群的形成都是这个过程,距离更短更容易获得连接,然后是优先连接原则,如果一个节点已经获得了某个信息,它会拒绝再次获得该信息,而越早获得该信息路径越短,这就防止了环路,防止内耗。霉菌之类的坏东西是这种无环路蔓延方式的典型,它总不希望蔓延到自己本身。

这些都是自然而然的过程,就像我在描述最短路径算法时想表达的一样,最小生成树比最短路径表达的更多,它是个熵减过程,信息交换,环路修剪本身就需要额外的成本,所以它更多描述的是一些生物学或社会学的过程,而不是无机物世界的自然现象。

至于 STP,会配就行。

浙江温州皮鞋湿,下雨进水不会胖。

内容概要:本文详细介绍了基于FPGA的144输出通道可切换电压源系统的设计与实现,涵盖系统总体架构、FPGA硬件设计、上位机软件设计以及系统集成方案。系统由上位机控制软件(PC端)、FPGA控制核心高压输出模块(144通道)三部分组成。FPGA硬件设计部分详细描述了Verilog代码实现,包括PWM生成模块、UART通信模块温度监控模块。硬件设计说明中提及了FPGA选型、PWM生成方式、通信接口、高压输出模块保护电路的设计要点。上位机软件采用Python编写,实现了设备连接、命令发送、序列控制等功能,并提供了一个图形用户界面(GUI)用于方便的操作配置。 适合人群:具备一定硬件设计编程基础的电子工程师、FPGA开发者及科研人员。 使用场景及目标:①适用于需要精确控制多通道电压输出的实验环境或工业应用场景;②帮助用户理解掌握FPGA在复杂控制系统中的应用,包括PWM控制、UART通信及多通道信号处理;③为研究人员提供一个可扩展的平台,用于测试验证不同的电压源控制算法策略。 阅读建议:由于涉及硬件软件两方面的内容,建议读者先熟悉FPGA基础知识Verilog语言,同时具备一定的Python编程经验。在阅读过程中,应结合硬件电路图代码注释,逐步理解系统的各个组成部分及其相互关系。此外,实际动手搭建调试该系统将有助于加深对整个设计的理解。
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