MST唯一性判断

本文解析了fzu2087题目,介绍了一种改进的Kruskal算法来解决生成树中边的计数问题。通过动态判断相同权值的边是否能成为生成树的一部分,有效避免了重复计数的问题。

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模板题: fzu2087 统计树边

解法mengxiang000000的博客

思路:用kruskal算法模拟生成树的过程。同时也是一个贪心生成树的过程,我们知道,生成的树的边权值和是一定的,那么对于边的替换的值也是能够确定的:只有权值相同的边才有可能是另一种生成树方法的边。

然后我就呆萌的记录有多少重边权值的边,然后加上n-1,开开心心的提交,实力WA。一组数据就可以干掉我:
3 3
1 2 1
1 2 2
2 3 1

所以记得一定不要跟我犯一样的错误,我们需要的是动态判断一条边权值相同的边能否可能是另一种生成树方法的边。我们直接在kruskal算法过程中加上动态判断的成分就可以了,那么要如何判断呢?遍历每一条边的时候,如果有相同权值的边,像kruskal一样的判断条件,判断这条边能否加入生成树中即可。

kruskal算法判断一条边是否能够贪心的加入生成树中:

for(int i=0;i<m;i++)   {  
    if(find(a[i].x)!=find(a[i].y))  
    {  
        zhongquanzhi+=a[i].w;  
        merge(a[i].x,a[i].y);  
    }   }

我们对同权值的边判断能否加入生成树中,并且别忘记对边要进行入树:

for(int i=0;i<m;i=j)  
{  
    for(j=i;a[i].w==a[j].w;j++)  
    {  
        if(find(a[j].x)!=find(a[j].y))  
        {  
            output++;  
        }  
    }  
    for(j=i;a[i].w==a[j].w;j++)  
    {  
        if(find(a[j].x)!=find(a[j].y))  
        {  
            merge(a[j].x,a[j].y);  
        }  
    }  
}  

简而言之
如果安全,则先不Union,先统计最小生成树的边数,待统计完后再Union;
poj1679 与此题类似

fzu2087

#include<iostream>
#include<algorithm>
using namespace std;
const int  maxn=100005;

typedef struct node{
  int st,ed,cost;
}Edge ;
Edge edge[100005];
int cmp(Edge a,Edge b){
  return a.cost<b.cost;
}

int fa[maxn];
void init(){
  for(int i=0;i<maxn;i++)
    fa[i]= i;
}

int Find(int x){
  if(fa[x] == x)   return fa[x];
  else  return fa[x] = Find(fa[x]);
}

void Union(int x,int y){
  int fx=Find(x),fy=Find(y);
  if(fx!= fy)
    fa[fx] = fy;
}

int main(){
  ios_base::sync_with_stdio(false);
  int T;
  cin>>T;
  while(T--){
    int n,m,t1,t2,t3;
    cin>>n>>m;
    for(int i=0;i<m;i++){
      cin>>t1>>t2>>t3;
      edge[i].st=t1,edge[i].ed=t2,edge[i].cost=t3;
    }
    sort(edge,edge+m,cmp);
    int bianshu=0;
    int tot_cost = 0;
    init();

    for(int i=0;i < m ;i++){
        for(int j=i;edge[j].cost == edge[i].cost;j++)
          if(Find(edge[j].st)!= Find(edge[j].ed))
            bianshu++;
        for(int j=i;edge[j].cost == edge[i].cost;j++)
        if(Find(edge[j].st)!= Find(edge[j].ed) )
            Union(edge[j].st,edge[j].ed),tot_cost+=edge[j].cost;
    }
    cout<<bianshu<<endl;
  }
}
### 关于最小生成树唯一性的理论知识 #### 最小生成树定义及其性质 对于带权无向连通图 \( G=(V,E) \),\( G \) 的所有生成树当中边的权值之和最小的生成树称为 \( G \) 的最小生成树(Minimum Spanning Tree, MST)。需要注意的是,最小生成树不一定唯一;也就是说,可能存在多棵不同的最小生成树具有相同的总权重[^2]。 #### 最小生成树唯一性条件 如果带权无向连通图中的每条边都拥有独一无二的权重,则该图存在唯一的最小生成树。这是因为,在构建过程中每次选取当前未加入到生成树集合中且权重最低的一条边时,由于不存在两条相同权重的候选边可供选择,因此最终形成的最小生成树结构必然固定不变。 另外一种情况是当给定图形恰好含有 \( |V|-1 \) 条边的时候,此时也只有一种方式形成一棵连接全部顶点而不构成回路的子图,即为唯一的最小生成树。 #### 非唯一情况下证明思路概述 假设在一个加权无向图中有两颗不同形态但同样满足最小代价要求的生成树 T1 和 T2 。那么在这两个解之间必定至少有一条公共路径 P ,因为它们都是覆盖整个顶点集 V 的连通组件。考虑沿着这条共享路径逐步替换非共有的部分直到两者完全一致为止: - 如果在整个转换过程里始终保持着新的中间状态仍然是合法的生成树,并且保持了原有的最优成本特性; - 或者能够找到某个时刻违反上述任一前提,则可以得出结论说原假设有误——实际上并不存在两种独立又同等优秀的解决方案。 然而值得注意的是,以上讨论仅适用于理想状况下的理论分析框架内有效。实际应用环境中可能会遇到更多复杂因素影响具体实例的表现形式。 ```python def is_unique_mst(graph): """ 判断一个有权重的无向连通图是否存在唯一的最小生成树 参数: graph (dict): 图的数据结构表示 {node: [(adjacent_node, weight)]} 返回: bool: 是否有唯一MST """ # 获取所有的边以及对应的权重 edges = [] for u in graph: for v, w in graph[u]: if u < v: # 只记录一次双向边 edges.append((w, u, v)) sorted_edges = sorted(edges) unique_weights = all(sorted_edges[i][0]!=sorted_edges[i+1][0] for i in range(len(sorted_edges)-1)) num_vertices = len(graph) exact_num_of_edges = len(edges)==num_vertices-1 return unique_weights or exact_num_of_edges ```
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