【图】Prim算法简述

本文给出Prim算法描述及核心代码。

  • Prim算法思想简述:

Prim算法通过一系列不断扩张的子树来构造一颗最小生成树。我们从图的顶点集合V中任意选择一个单顶点,作为序列中的初始子树。每一次迭代时,以一种贪婪的方式来苦熬张当前树,即简单的把不在树中的最近顶点添加到树中。当图中所有顶点都包含在所构造的树中以后,该算法就停止了。因为在每次迭代时,该算法只对树扩展一个顶点,这种迭代的总次数为n-1,其中n是图中树的顶点个数。对树进行扩展时用到的边的集合用来表示该算法的生成树。

  • 代码实现:
//prim
typedef struct{
	int adjvex;				//最小边在集合u 
	int lowcost;			//最小边上权值 
}closedge;
closedge C[maxsize];
void Prim(Graph G){
	int v=0;					//初始节点	
	int minsumcost=0;			//记录最小生成树的各边权值之和
	int n=G.vexnum;
	//初始化
	for(int i=0;i<n;i++){
		C[i].adjvex=v;
		C[i].lowcost=G.Edge[v][i];
	} 
	//进入余下循环 
	for(int i=1;i<n;i++){
		int k,min=INF;
		for(int j=0;j<G.vexnum;j++){
			if(C[j].lowcost!=0&&C[j].lowcost<INF){
				C[j].lowcost=k;
				k=j;
			}
		}
		minsumcost+=C[j].lowcost;		//累加权值
		for(int j=0;j<n;j++){			//更新最小边 
			if(C[j].lowcost!=0&&G.Edge[k][j]<C[j].lowcost){
				C[j].lowcost=G.Edgw[k][j];
				C[j].adjvex=k;
		} 
	} 
	//printf("%d",minsumcost);			//输出最小权值和	 
}

 

Prim算法用于在加权连通中构建最小生成树,其步骤简述如下: 1. **初始化**:向空树 $T = (V_T, E_T)$ 中添加 $G = (V, E)$ 的任意一个顶点 $u_0$,此时 $V_T = \{u_0\}$,$E_T = \varnothing$ [^2]。 2. **循环操作**:重复执行以下操作,直到 $V_T = V$。从 $G$ 里选择满足 $\{(u, v)|u \in V_T, v \in V - V_T\}$ 且具有最小权值的边 $(u, v)$,接着修改 $V_T$ 和 $E_T$ 集合,即 $V_T = V_T \cup \{v\}$,$E_T = E_T \cup \{(u, v)\}$ [^2]。 以从顶点A开始构建最小生成树为例,Prim算法的执行过程为:初始时 $V = \{A\}$,$E = \{\}$;选中边AF ,此时 $V = \{A, F\}$,$E = \{(A,F)\}$;选中边FB,$V = \{A, F, B\}$,$E = \{(A,F), (F,B)\}$;选中边BD,$V = \{A, B, F, D\}$,$E = \{(A,F), (F,B), (B,D)\}$;选中边DE,$V = \{A, B, F, D, E\}$,$E = \{(A,F), (F,B), (B,D), (D,E)\}$;选中边BC,$V = \{A, B, F, D, E, C\}$,$E = \{(A,F), (F,B), (B,D), (D,E), (B,C)\}$,算法结束 [^1]。 ### 代码示例 ```c #include <stdio.h> #include <string.h> #define MaxInt 0x3f3f3f3f #define N 110 //创建map二维数组储存表,low数组记录每2个点间最小权值,visited数组标记某点是否已访问 int map[N][N],low[N],visited[N]; int n; int prim() { int i,j,pos,min,result=0; memset(visited,0,sizeof(visited)); //从某点开始,分别标记和记录该点 visited[1]=1;pos=1; //第一次给low数组赋值 for(i=1;i<=n;i++) if(i!=pos) low[i]=map[pos][i]; //再运行n - 1次 for(i=1;i<n;i++) { //找出最小权值并记录位置 min=MaxInt; for(j=1;j<=n;j++) if(visited[j]==0&&min>low[j]) { min=low[j];pos=j; } //最小权值累加 result+=min; //标记该点 visited[pos]=1; //更新权值 for(j=1;j<=n;j++) if(visited[j]==0&&low[j]>map[pos][j]) low[j]=map[pos][j]; } return result; } int main() { int i,v,j,ans; while(scanf("%d",&n)!=EOF) { //所有权值初始化为最大 memset(map,MaxInt,sizeof(map)); for(i=1;i<=n;i++) for(j=1;j<=n;j++) { scanf("%d",&v); map[i][j]=map[j][i]=v; } ans=prim(); printf("%d\n",ans); } return 0; } ```
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