最小生成树(Kruskal)克鲁斯卡尔算法

news2024/12/25 22:08:11

算法步骤总共分为两步,由并查集实现

 第一步(把所有的边按边长的大小进行排序)

 第二步(如果两个点不连通就把两点之间的边加上再把两个点连通)

 当放入的边数为点数减去一时就代表已经全部连通

例题一(859. Kruskal算法求最小生成树)acwing

给定一个 n 个点 m条边的无向图,图中可能存在重边和自环,边权可能为负数。

求最小生成树的树边权重之和,如果最小生成树不存在则输出 impossible

给定一张边带权的无向图 G=(V,E),其中 V 表示图中点的集合,E 表示图中边的集合,n=|V|,m=|E|。

由 V中的全部 n个顶点和 E 中 n−1条边构成的无向连通子图被称为 G的一棵生成树,其中边的权值之和最小的生成树被称为无向图 G 的最小生成树。

输入格式

第一行包含两个整数 n 和 m。

接下来 m 行,每行包含三个整数 u,v,w,表示点 u 和点 v 之间存在一条权值为 w的边。

输出格式

共一行,若存在最小生成树,则输出一个整数,表示最小生成树的树边权重之和,如果最小生成树不存在则输出 impossible

数据范围

1≤n≤105
1≤m≤2∗105
图中涉及边的边权的绝对值均不超过 1000

输入样例:

4 5
1 2 1
1 3 2
1 4 3
2 3 2
3 4 4

输出样例:

6

代码实现 

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
const int N=100010,INF=0x3f3f3f3f;

int n,m,p[N];  //p[N]存并查集 

struct Node{
	int a,b,w;   //分别存点和边 
	bool operator<(const Node &x)const{
	        return w<x.w;
	}
}h[N+N]; 

int find(int x){
	if(p[x]!=x)p[x]=find(p[x]);
	return p[x];
}

int kruskal(){
	sort(h,h+m);
	for(int i=1;i<=n;i++)p[i]=i;  //初始化并查集
	
	int ans=0,cnt=0;   //ans累加边权,cnt记录边数
	for(int i=0;i<m;i++){
		int a=h[i].a,b=h[i].b,w=h[i].w;
		a=find(a);
		b=find(b);
		if(a!=b){       //如果两个点的祖宗节点不同就代表两点不连通 
			p[a]=b;     //把两个点连通 
			ans+=w;
			cnt++;
		}
	} 
	if(cnt<n-1)return INF;
	return ans; 
}

int main(){
	cin>>n>>m;
	for(int i=0;i<m;i++){
		int a,b,w;
		cin>>a>>b>>w;
		h[i]={a,b,w};
	}
	int t=kruskal();
	if(t==INF)puts("impossible");
	else cout<<t<<endl;
	return 0;
	 
}

例题二(P1546 [USACO3.1] 最短网络 Agri-Net)洛谷

题目背景

Farmer John 被选为他们镇的镇长!他其中一个竞选承诺就是在镇上建立起互联网,并连接到所有的农场。当然,他需要你的帮助。

题目描述

FJ 已经给他的农场安排了一条高速的网络线路,他想把这条线路共享给其他农场。为了用最小的消费,他想铺设最短的光纤去连接所有的农场。

你将得到一份各农场之间连接费用的列表,你必须找出能连接所有农场并所用光纤最短的方案。每两个农场间的距离不会超过 10^5。

输入格式

第一行农场的个数 N(3≤N≤100)。

接下来是一个N×N 的矩阵,表示每个农场之间的距离。理论上,他们是 N 行,每行由 N 个用空格分隔的数组成,实际上,由于每行 80 个字符的限制,因此,某些行会紧接着另一些行。当然,对角线将会是 0,因为不会有线路从第 i 个农场到它本身。

输出格式

只有一个输出,其中包含连接到每个农场的光纤的最小长度。

输入输出样例

输入 

4
0 4 9 21
4 0 8 17
9 8 0 16
21 17 16 0

输出 

28

说明/提示

题目翻译来自NOCOW。

USACO Training Section 3.1

代码实现 

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
const int N=1e4+10,INF=0x3f3f3f3f;

struct Node{
	int a,b,w;
	bool operator <(const Node &x)const{   //重载,按从小到大排序 
	           return w<x.w;
	}
}h[N];

int n,c;  //分别存点数和边数
int p[N]; //存并查集 

int find(int x){    //并查集模板 
	if(p[x]!=x)p[x]=find(p[x]);
	return p[x];
}

int kruskal(){     //克鲁斯卡尔算法板子 
	sort(h+1,h+c+1);
	for(int i=1;i<=n;i++)p[i]=i;
	
	int ans=0,cnt=0;
	for(int i=1;i<=c;i++){
		int a=h[i].a,b=h[i].b,w=h[i].w;
		a=find(a);
		b=find(b);
		if(a!=b){
			p[a]=b;
			ans+=w;
			cnt++;
		}
	}
	if(cnt<n-1)return INF;
	return ans;
}


int main(){
	cin>>n;
	
	for(int i=1;i<=n;i++){
		for(int j=1;j<=n;j++){
			int k;
			cin>>k;
			if(j>i){      //只需要存入一半的边数 
				h[++c]={i,j,k};
			}
		}
	}
	cout<<kruskal()<<endl;
	return 0;
}

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