最小生成树Prim算法和Kruskal算法

这篇实验报告详细介绍了如何使用Prim和Kruskal算法来构建最小生成树。通过实例解析了两种算法的具体步骤,包括Prim算法从任意点开始逐步扩展,以及Kruskal算法按边权值排序并避免环路的过程。同时,报告分析了算法的时间复杂度,Prim算法为O(N^2),而Kruskal算法为O(NlogN)。

实验报告

课程名称:《算法分析与设计》
实验日期: 2021年 3月8日 至 2021年 3 月15日
实验名称: 最小生成树Prim算法和Kruskal算法

1.问题

[描述算法问题,首选形式化方式(数学语言),其次才是非形式化方式(日常语言)]

问题:存在n个地点,编号1到n,部分地点之间存在长度为len的道路,道路共有m条,从1号路出发,请找出一条能够经过所有地点的最短路线,并计算最小长度为多少?

一、举一个实例,画出采用Prim算法构造最小生成树的过程
二、举一个实例,画出采用Kruskal算法构造最小生成树的过程

2.解析

[问题的理解和推导,可用电子版直接在此编写,也可用纸笔推导,拍照嵌入本文档]

实例:存在5个地点,编号1到5,部分地点之间存在道路,道路共有7条,如下图,从1号路出发,请找出一条能够经过所有地点的最短路线,并计算最小长度为多少?
在这里插入图片描述

(1)Prim算法

采用贪心思想,从任意一点开始,构建最小生成树,每次选择与该点相邻的顶点集合中与该点距离最近的顶点加入最小生成树中,重复步骤,最终遍历得到经过所有顶点的最小生成树,该生成树即为最短路线的一种。

具体步骤

1.在一个加权连通图中,顶点集合V,边集合为E
2. 任意选出一个点作为初始顶点,vis标记为1,计算所有与之相连接的点的距离,选择距离最短的点,vis标记为1,重新计算各点距离
3. 重复步骤2,直到所有点的vis都被标记为1。
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步骤一(以1为起点)

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步骤二

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步骤三

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步骤四

(2)Krus

Prim算法Kruskal算法都是求解图的最小生成树问题的经典算法,它们的思想实现方法不同,下面是它们的实验小结。 1. Prim算法 Prim算法是一种贪心算法,它从图的某个点开始,逐步扩展生成树,直到生成整个图的最小生成树算法步骤如下: 1.1 选取任意一个点作为起始点,将该点加入生成树中。 1.2 找到与当前生成树相连的边中,权重最小的边,将其连接的点加入生成树中。 1.3 重复步骤1.2,直到生成整个图的最小生成树Prim算法的时间复杂度为O(E log V),其中 E 表示边的数量,V 表示点的数量。Prim算法的优点是实现简单,适用于稠密图;缺点是不适用于稀疏图。 2. Kruskal算法 Kruskal算法也是一种贪心算法,它从图的所有边开始,逐步扩展生成树,直到生成整个图的最小生成树算法步骤如下: 2.1 将图中所有边按照权重从小到大排序。 2.2 依次选择每条边,判断该边的两个端点是否在同一连通块中,如果不在,则将它们合并,并将该边加入生成树中。 2.3 重复步骤2.2,直到生成整个图的最小生成树Kruskal算法的时间复杂度为O(E log E),其中 E 表示边的数量。Kruskal算法的优点是适用于稀疏图;缺点是实现相对复杂。 综上所述,Prim算法Kruskal算法都是求解图的最小生成树问题的有效算法,选择哪种算法主要取决于图的性质算法实现的难易程度。
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