Prim算法

博客介绍了一种算法思想,即每次选取距离“集合”最小边对应的节点加入集合,直至所有节点加入。还给出具体步骤,包括输入与初始化,遍历非集合内节点找出最近节点加入集合,利用新加入节点更新其他节点到集合的距离。

算法思想:

每次距离“集合”最小的那个边所对应的节点,然后将这个节点加入到集合中。不断重复直到所有节点都加入。

步骤:

1输入&初始化:cost[i]表示当前i点到1号节点的最小距离,mark[i]用于标记i点是否加入了集合

2遍历非集合内的节点,找出当前距离“集合”最近的一个节点,将节点的标号(minid)和边的长度(minvalue)。然后将此节点加入到集合中

3最后因为新的节点加入可能会导致其他节点到集合的距离发生改变,所以利用新加入的点更新距离cost[i]

#include <iostream>
#include<cstdio>
#include<cstdlib>
using namespace std;
#define max 10000
int mm[100][100];
int cost[100];       
int mark[100];

void fun(int m){
    for(int i=2;i<=m;i++){       //循环m-1次
        int minid,minvalue=max;     //minid为最小边对应的节点minvalue为最小的边的长度       
        for(int j=2;j<=m;j++){        //找出离当前集合最小的边,和对应的节点
            if(cost[j]<minvalue&&mark[j]==0){       //找出最小的边
                minvalue=cost[j];
                minid=j;
            }
        }
        mark[minid]=1;          //将这个节点加入到大集合中
        printf("%d ",minid);        //输出节点加入到集合的顺序序列
        for(int j=1;j<=m;j++){      //通过这个点更新cost的值,也就是其他的点到这个“集合”的距离尽量小。
            if((mm[minid][j])<cost[j]&&mark[j]==0){
                cost[j]=mm[minid][j];
            }
        }
    }
}


int main()
{
    int m,n;        //m为节点数,n为边的数量
    scanf("%d%d",&m,&n);
    for(int i=1;i<=m;i++){  //初始化mm和mark(mark都标记为0表示都没有加入集合)
        for(int j=1;j<=m;j++){
            mm[i][j]=mm[j][i]=max;
        }
        mark[i]=0;
    }
    mark[1]=1;
    for(int i=1;i<=n;i++){        //利用领接矩阵构图
        int a,b,c;
        scanf("%d%d%d",&a,&b,&c);
        mm[a][b]=mm[b][a]=c;
    }
    for(int i=1;i<=m;i++)       //给cost赋值
        cost[i]=mm[1][i];
    fun(m);
    return 0;
}

/*
4 5
1 2 1
1 3 4
1 4 6
2 4 3
3 4 2

*/

 

### Prim算法与Kruskal算法的比较 Prim算法和Kruskal算法都是用于求解加权连通图中最小生成树的经典算法。尽管它们的目标相同,但在实现方式、时间复杂度、空间复杂度以及适用场景等方面存在显著差异。 #### 时间复杂度 - **Prim算法**:在最基础的形式下,Prim算法的时间复杂度为 $O(n^2)$,其中 $n$ 表示顶的数量。通过使用更高效的数据结构如二叉堆优化后,时间复杂度可以降低至 $O(E\log V)$,这里 $E$ 是边的数量,$V$ 是顶的数量[^1]。 - **Kruskal算法**:Kruskal算法的时间复杂度主要受到排序所有边的影响,通常为 $O(E\log E)$ 或者等价于 $O(E\log V)$,因为边的数量最多可达 $V(V-1)/2$(对于完全图)[^1]。 #### 空间复杂度 - **Prim算法**:其空间复杂度主要取决于顶数量,大约为 $O(V)$,因为它需要维护一个包含所有顶的信息的数据结构来跟踪哪些顶已经被加入到最小生成树中。 - **Kruskal算法**:其空间复杂度则与边数相关,约为 $O(E)$,主要用于存储所有的边及其权重信息。 #### 实现难度 - **Prim算法**:通常认为Prim算法比Kruskal算法更容易实现,尤其是当使用邻接矩阵作为数据结构时。它依赖于优先队列来选择下一个最近的顶加入到已有的树中。 - **Kruskal算法**:相比之下,Kruskal算法的实现稍微复杂一些,因为它不仅需要对所有边按权重进行排序,还需要一种机制(如并查集)来检测和避免形成环路。 #### 适用场景 - **Prim算法**:更适合处理边稠密的图,即边的数量接近于顶数量平方的情况。在这种情况下,Prim算法的性能优势更为明显[^3]。 - **Kruskal算法**:对于稀疏图而言,即边的数量远小于顶数量平方的情况下,Kruskal算法的表现更加出色。由于只需要对所有边进行一次排序,因此在处理大规模稀疏图时效率更高。 综上所述,虽然两种算法都能有效地找到最小生成树,但根据具体的应用场景选择合适的算法是非常重要的。如果图是稠密的,那么Prim算法可能是更好的选择;而对于稀疏图,则推荐使用Kruskal算法。 ```python # 示例代码 - Kruskal算法的基本框架 class UnionFind: def __init__(self, size): self.parent = list(range(size)) def find(self, x): if self.parent[x] != x: self.parent[x] = self.find(self.parent[x]) return self.parent[x] def union(self, x, y): rootX = self.find(x) rootY = self.find(y) if rootX == rootY: return False self.parent[rootY] = rootX return True def kruskal(n, edges): uf = UnionFind(n) res = [] for u, v, weight in sorted(edges, key=lambda x: x[2]): if uf.union(u, v): res.append((u, v, weight)) if len(res) == n - 1: break return res ```
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