H - The Unique MST(次小生成树)

给定一个连通无向图,判断其最小生成树是否唯一。文章介绍了图的定义,最小生成树的概念,并提供了输入输出样例,说明了如何判断最小生成树的唯一性。解题策略包括计算最小生成树的总成本,并通过比较所有可能的额外边对总成本的影响来确定唯一性。

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Given a connected undirected graph, tell if its minimum spanning tree is unique.

Definition 1 (Spanning Tree): Consider a connected, undirected graph G = (V, E). A spanning tree of G is a subgraph of G, say T = (V', E'), with the following properties:
1. V' = V.
2. T is connected and acyclic.

Definition 2 (Minimum Spanning Tree): Consider an edge-weighted, connected, undirected graph G = (V, E). The minimum spanning tree T = (V, E') of G is the spanning tree that has the smallest total cost. The total cost of T means the sum of the weights on all the edges in E'.

Input

The first line contains a single integer t (1 <= t <= 20), the number of test cases. Each case represents a graph. It begins with a line containing two integers n and m (1 <= n <= 100), the number of nodes and edges. Each of the following m lines contains a triple (xi, yi, wi), indicating that xi and yi are connected by an edge with weight = wi. For any two nodes, there is at most one edge connecting them.

Output

For each input, if the MST is unique, print the total cost of it, or otherwise print the string 'Not Unique!'.

Sample Input

2

3 3

1 2 1

2 3 2

3 1 3

4 4

1 2 2

2 3 2

3 4 2

4 1 2

Sample Output

3

Not Unique!

  • 题意概括  :

判断最小生成树是不是唯一的,如果是输出最短路径,不是则输出Not Unique!。

  • 解题思路  :

首先,进行一次最小生成树的运算找出最小生成树的值为ans,然后一一枚举不在生成树上的边,然后算出ans加上在树中的边与不在树中的边的差值差值为Min,判断Min是否与ans相等,如果相等则最小生成树不唯一,否则输出最小生成树。

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<algorithm>

using namespace std;

const int inf = 0x3f3f3f3f;
int vis[110];
int lowc[110];
int pre[110];
int Max[110][110];
int used[110][110];
int cost[110][110];


int prim(int cost[][110],int n)
{
	int ans = 0,i,j,k;
	memset(vis,false,sizeof(vis));
	memset(Max,0,sizeof(Max));
	memset(used,false,sizeof(used));
	vis[0] = true;
	pre[0] = -1;
	for(i = 1;i<n;i ++)
	{
		lowc[i] = cost[0][i];
		pre[i] = 0;
	}
	lowc[0] = 0;
	for(i = 1;i<n;i ++)
	{
		int minn = inf;
		int p = -1;
		for(j = 0;j<n;j ++)
		{
			if(!vis[j]&&minn>lowc[j])
			{
				minn=lowc[j];
				p = j;
			}
		}
		if(minn == inf)
		return -1;
		ans += minn;
		vis[p] = true;
		used[p][pre[p]] = used[pre[p]][p] = true;
		for(j = 0;j<n;j ++)
		{
			if(vis[j])
			Max[j][p] = Max[p][j] = max(Max[j][pre[p]],lowc[p]);
			if(!vis[j]&&lowc[j] > cost[p][j])
			{
				lowc[j] = cost[p][j];
				pre[j] = p;
			}
		}
	}
	return ans;
}
int ans;
int smst(int cost[][110],int n)
{
	int Min = inf,i,j;
	for(i = 0;i<n;i ++)
	{
		for(j = i+1;j<n;j ++)
		{
			if(cost[i][j] != inf&&!used[i][j])
			{
				Min = min(Min,ans + cost[i][j] - Max[i][j]);
			}
		}
	}
	if(Min == inf)
	return -1;
	return Min;
}
int main()
{
	int T,u,v,w;
	int n,m,i,j,k;
	scanf("%d",&T);
	while(T --)
	{
		scanf("%d %d",&n,&m);
		for(i = 0;i<n;i ++)
		{
			for(j = 0;j<n;j ++)
			{
				if(i == j)
				cost[i][j] = 0;
				else
				cost[i][j] = inf;
			}
		}
		while(m --)
		{
			scanf("%d %d %d",&u,&v,&w);
			u--;
			v--;
			cost[u][v] = cost[v][u] = w;
		}
		ans = prim(cost,n);
		if(ans == -1)
		{
			printf("Not Unique!\n");
			continue;
		}
		if(ans == smst(cost,n))
		printf("Not Unique!\n");
		else
		printf("%d\n",ans);
	}
	return 0;
}

 

### 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 \( G \)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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