Kruskal算法

Kruskal算法

用途

处理最小生成树(MST)问题,即在给定的图中求树,使得这棵树拥有图中所有顶点,且所有边都是图中已知的边,且满足整棵树的边权之和最小。适用于边少的稀疏图。

算法描述

总体思路为:每次找到当前图中未被选中的边权最小的边,如果边的两个顶点不在同一个连通块中,那么就把该边加入到最小生成树集合中。具体步骤如下:

  1. 创建并维护一个并查集,用于判断结点所属连通块;
  2. 对图中所有边按边权从小到大排序;
  3. 依次选择每条边,判断边的顶点是否属于同一连通块,如果否则将该边加入到最小生成树中,如果是则不作处理;
  4. 重复步骤3直到处理完所有边,或是最小生成树中的边数已经达到 n - 1;
  5. 判断最小生成树中的边数,如果小于 n - 1,说明图不连通,无解。

代码实现

const int maxn = 1000;

struct edge
{
    int u, v;       // 边顶点
    int cost;       // 边权
};

edge E[maxn];       // 边数组
int n, m;           // 结点数,边数
int father[maxn];   // 并查集数组

bool cmp(edge a, edge b)        
{
    return a.cost < b.cost;     // 按照边权从小到大排序
}

int findRoot(int x)             // 寻找根节点并压缩路径
{
    if (x == father[x])
        return x;
    
    int root = findRoot(father[x]);
    father[x] == root;
    return root;
}

int Kruskal()
{
    int sum = 0, numEdge = 0;       // 记录边权和,最小生成树边数
    
    for (int i = 0; i < n; i++)     // 初始化并查集数组
        father[i] = i;
    sort(E, E + m, cmp);            // 边排序
    
    for (int i = 0; i < m; i++)
    {
        int rootU = findRoot(E[i].u);
        int rootV = findRoot(E[i].v);
        if (rootU != rootV)         // 顶点属于不同连通块,则将边加入树
        {
            father[rootU] = rootV;
            sum += E[i].cost;
            numEdge++;
            if (numEdge == n - 1)   // 边数达到 n - 1 退出
                break;
        }
    }
    
    if (numEdge < n - 1)           // 边数小于 n - 1,说明图不连通,无解
        return - 1;
        
    return sum;                     // 返回边权和
}
Kruskal算法是一种用来求加权连通图的最小生成树MST)的算法,由Joseph Kruskal在1956年发表。该算法的基本思想是按照的权值从小到大的顺序选择,并保证这些不构成回路。具体做法是首先构造一个只含有n个顶点的森林,然后依据权值从小到大从连通网中选择加入到森林中,并保证森林中不产生回路,直至森林变成一棵树为止。 使用Kruskal算法求解最小生成树过程主要有两个关键步骤。首先,需要对图的所有按照权值大小进行排序。其次,需要判断在将添加到最小生成树中时是否会形成回路。通过这两个步骤,Kruskal算法能够找到图的最小生成树。 总结来说,Kruskal算法通过按照的权值从小到大选择,并保证不形成回路的方式来构建最小生成树。这种算法适用于解决求解加权连通图的最小生成树问题。<span class="em">1</span><span class="em">2</span><span class="em">3</span> #### 引用[.reference_title] - *1* [Kruskal算法简易教程(附最全注释代码实现)](https://blog.youkuaiyun.com/hzf0701/article/details/107933639)[target="_blank" data-report-click={"spm":"1018.2226.3001.9630","extra":{"utm_source":"vip_chatgpt_common_search_pc_result","utm_medium":"distribute.pc_search_result.none-task-cask-2~all~insert_cask~default-1-null.142^v93^chatsearchT3_2"}}] [.reference_item style="max-width: 50%"] - *2* *3* [克鲁斯卡尔算法Kruskal)详解](https://blog.youkuaiyun.com/weixin_45829957/article/details/108001882)[target="_blank" data-report-click={"spm":"1018.2226.3001.9630","extra":{"utm_source":"vip_chatgpt_common_search_pc_result","utm_medium":"distribute.pc_search_result.none-task-cask-2~all~insert_cask~default-1-null.142^v93^chatsearchT3_2"}}] [.reference_item style="max-width: 50%"] [ .reference_list ]
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