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最小生成樹-prime演算法

Prime演算法的核心步驟是:在帶權連通圖中V是包含所有頂點的集合, U已經在最小生成樹中的節點,從圖中任意某一頂點v開始,此時集合U={v},重複執行下述操作:在所有u∈U,w∈V-U的邊(u,w)∈E中找到一條權值最小的邊,將(u,w)這條邊加入到已找到邊的集合,並且將點w加入到集合U中,當U=V時,就找到了這顆最小生成樹。

       其實,演算法的核心步驟就是:在所有u∈U,w∈V-U的邊(u,w)∈E中找到一條權值最小的邊。

      知道了普利姆演算法的核心步驟,下面我就用圖示法來演示一下工作流程,如圖:

首先,確定起始頂點。我以頂點A作為起始點。根據查詢法則,與點A相鄰的點有點B和點H,比較AB與AH,我們選擇點B,如下圖。並將點B加入到U中。

繼續下一步,此時集合U中有{A,B}兩個點,再分別以這兩點為起始點,根據查詢法則,找到邊BC(當有多條邊權值相等時,可選任意一條),如下圖。並將點C加入到U中。

繼續,此時集合U中有{A,B,C}三個點,根據查詢法則,我們找到了符合要求的邊CI,如下圖。並將點I加入到U中。

繼續,此時集合U中有{A,B,C,I}四個點,根絕查詢法則,找到符合要求的邊CF,如下圖。並將點F加入到集合U中。

繼續,依照查詢法則我們找到邊FG,如下圖。並將點G加入到U中。

繼續,依照查詢法則我們找到邊GH,如下圖。並將點H加入到U中。

繼續,依照查詢法則我們找到邊CD,如下圖。並將點D加入到U中。

繼續,依照查詢法則我們找到邊DE,如下圖。並將點E加入到U中。

此時,滿足U = V,即找到了這顆最小生成樹。

同樣, 我繼續用POJ 2395這題為例子給出程式碼:

#include <iostream>
#include <string.h>
 
using namespace std;
const int MAXN = 2010;
const int INF = 1 << 30;
int map[MAXN][MAXN];
int N, M;
int lowcost[MAXN];
 
void init()
{
  for(size_t i = 0; i <= N; ++i)
    for(size_t j = 0; j <= N; ++j)
      map[i][j] = INF;
}
 
int prime()
{
  for(size_t i = 1; i <= N; ++i)
    lowcost[i] = map[1][i];
  int min;
  bool visited[N + 1];// index begin from 1 not 0
  int ans = -1;
  memset(visited, false, sizeof(visited));
  lowcost[1] = 0;
  visited[1] = true;
  for(size_t i = 1; i < N; ++i)//loop N - 1 times
  {
    min = INF;
    int k;
    for(size_t j = 1; j <= N; ++j)// find the minimun edge between two edge set
    {
      if(!visited[j] && min > lowcost[j])
      {
        min = lowcost[j];
        k = j;
      }
    }
    visited[k] = true;
    ans = ans > min ? ans : min; 
    for(size_t j = 1; j <= N; ++j)// update the array of lowcost 
    {
      if(!visited[j] && lowcost[j] > map[k][j])
        lowcost[j] = map[k][j];
    }
  }
  return ans;
}
 
int main()
{
  while(cin >> N >> M)
  {
    init();
    int x, y, c;
    for(size_t i = 0; i < M; ++i)
    {
      cin >> x >> y >> c;
      if(map[x][y] > c)
        map[x][y] = c;
      if(map[y][x] > c)
        map[y][x] = c;
    }
    cout << prime() << endl;
  }
}