最小生成树(Prim)

#include<iostream>
using  namespace  std;

typedef  char VertexType;
typedef  int EdgeType;

const  int   MAXVEX = 100;
const  int   INFINITY = 65535;


typedef  struct
{
    VertexType  vexs[MAXVEX];
    EdgeType    arc[MAXVEX][MAXVEX];
    int numVertexes,numEdges;
}MGraph;

/*
建立无向网图的邻接矩阵表示
*/

void  CreateMGraph_Undirected(MGraph *G)
{
    int i,j,k,w;
    cout<<"请输入顶点数和边数:"<<endl;
    cin>>G->numVertexes>>G->numEdges;
    cout<<"请输入顶点名称:"<<endl;
    for(i = 0;i < G->numVertexes;++i)//输入顶点
    {       
        cin>>G->vexs[i];
    }

    for(i = 0;i < G->numVertexes;++i)//初始化邻接矩阵,除对角线元素 = 0,其余为INFINITY;
    {
        for(j = 0;j < G->numVertexes;++j)
        {
            if(i == j)
            {
                G->arc[i][j] = 0;
            }
            else
            {
                G->arc[i][j] = INFINITY;
            }
        }
    }

    for(k = 0;k < G->numEdges;++k)//完成邻接矩阵的填写工作
    {
        printf("请输入边(vi,vj)上的下标i,下标j和权w:\n");
        cin>>i>>j>>w;
        G->arc[i][j] = G->arc[j][i] = w;
    }
}

void  ShowMGraph(MGraph *G)//打印图的信息
{
    cout<<"图的顶点,边数为:"<<G->numVertexes<<","<<G->numEdges<<endl;
    cout<<"邻接矩阵为:"<<endl;
    
    for(int i = 0;i < G->numVertexes;++i)
    {
        for(int j = 0;j < G->numVertexes;++j)
        {
            if(G->arc[i][j] == INFINITY)
            {
                cout<<"#  ";
            }
            else
            {
                cout<<"  "<<G->arc[i][j]<<"  ";
            }
        }
        cout<<endl;
    }
}

//Prim算法最小生成树
void MiniSpanTree_Prim(MGraph *G)
{
    int i , j, min,k,sum;
    int  lowcost[MAXVEX];
    int  adjvex[MAXVEX];
    sum = 0;
    lowcost[0] = 0;
    adjvex[0] = 0;
    for(i = 1;i < G->numVertexes;++i)
    {
        lowcost[i] = G->arc[0][i];
        adjvex[i] = 0;
    }
    for(i = 1;i < G->numVertexes;++i)
    {
        min = INFINITY;
        j = 1;
        k = 0;
        while(j < G->numVertexes)
        {
            if(lowcost[j] < min && lowcost[j] != 0)
            {
                k = j;
                min = lowcost[j];
            }
            j++;
        }
        printf("%d<-> %d,权值为%d\n",adjvex[k],k,G->arc[k][adjvex[k]]);
        sum += G->arc[k][adjvex[k]];
        lowcost[k] = 0;
        for(j = 1;j < G->numVertexes;++j)
        {
            if(lowcost[j] != 0 && lowcost[j] > G->arc[k][j])
            {
                lowcost[j] =  G->arc[k][j];
                adjvex[j] = k;
            }
        }
    }
    printf("权值之和为:%d\n",sum);
}


int main()
{
    MGraph *G = new MGraph();
    CreateMGraph_Undirected(G);
    ShowMGraph(G);
    MiniSpanTree_Prim(G);
    delete G;
}

### 最小生成树 Prim 算法实现代码示例 Prim 算法是一种用于构造最小生成树的经典算法,其核心思想是从一个顶点出发逐步扩展,直到包含所有顶点为止。以下是基于邻接矩阵的 Prim 算法实现代码示例: ```python import sys # 定义无穷大 INF = sys.maxsize def prim(graph, start): """ 使用 Prim 算法构造最小生成树。 参数: graph -- 邻接矩阵表示的图 start -- 起始节点 返回: mst -- 最小生成树的边集合 total_weight -- 最小生成树的总权值 """ n = len(graph) # 图中节点数量 visited = [False] * n # 标记是否访问过 lowcost = [INF] * n # 记录从当前集合到其他节点的最小权值 adjvex = [None] * n # 记录最小权值对应的前驱节点 mst = [] # 存储最小生成树的边 total_weight = 0 # 最小生成树的总权值 # 初始化 lowcost[start] = 0 adjvex[start] = -1 for _ in range(n): # 找到未访问节点中 lowcost 最小的节点 min_cost = INF u = -1 for i in range(n): if not visited[i] and lowcost[i] < min_cost: min_cost = lowcost[i] u = i if u == -1: # 如果找不到满足条件的节点,退出循环 break # 将节点 u 加入最小生成树 visited[u] = True if adjvex[u] is not None: mst.append((adjvex[u], u, lowcost[u])) total_weight += lowcost[u] # 更新 lowcost 和 adjvex for v in range(n): if not visited[v] and graph[u][v] < lowcost[v]: lowcost[v] = graph[u][v] adjvex[v] = u return mst, total_weight # 示例图(邻接矩阵) graph = [ [0, 2, INF, 6, INF], [2, 0, 3, 8, 5], [INF, 3, 0, INF, 7], [6, 8, INF, 0, 9], [INF, 5, 7, 9, 0] ] # 调用 Prim 算法 mst, total_weight = prim(graph, 0) # 输出结果 print("最小生成树的边集:") for edge in mst: print(f"节点 {edge[0]} -> 节点 {edge[1]}, 权值 {edge[2]}") print(f"最小生成树的总权值:{total_weight}") ``` ### 说明 上述代码实现了 Prim 算法的核心逻辑,并通过邻接矩阵来表示图。算法从指定的起始节点开始,逐步扩展最小生成树,直到包含所有节点。最终输出最小生成树的边集合及其总权值[^4]。 --- ###
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