最小生成树—Prim(普里姆)算法
一、算法概述
Prim 算法是一种用于求解加权无向连通图的最小生成树(MST) 的贪心算法。它从一个顶点开始,逐步扩展生成树,每次选择连接已选顶点集和未选顶点集的最小权重边。
二、算法思想
初始化:从任意顶点开始,将其加入生成树集合
重复执行:
在所有连接已选顶点和未选顶点的边中,选择权重最小的边
将该边加入生成树,并将对应的未选顶点加入已选集合
终止条件:当所有顶点都加入生成树时结束
三、算法过程示例
示例图(顶点:A,B,C,D;边权重如图):
更清晰的邻接关系(无向图,权重如图):
A–B : 2
A–C : 4
A–D : 3
B–D : 1
C–D : 5
顶点集合:{A, B, C, D}
目标:用 Prim 算法找最小生成树(MST)。
每次选择连接 已选顶点集 与 未选顶点集 的最小权重边,将该边及其另一端点加入已选集合。
步骤 1
已选集合
候选边(一端在 S,一端不在 S):
A–B (2) (说明:A在S中,B不在S中)
A–C (4) (说明:A在S中,C不在S中)
A–D (3) (说明:A在S中,D不在S中)
最小权重边:A–B (2)
加入 B 到 S,边 A–B 加入 MST。
MST 边:{A–B}
S = {A, B}
最小生成树—Kruskal(克鲁斯卡尔)算法
一、算法描述
在一个连通加权无向图中,找到一棵最小生成树。即,找到连接所有顶点的、权值总和最小的树,且树中不包含任何环。
二、核心思想
贪心策略:每次从未选择的边中,选取一条权值最小的边。
避免环路:如果加入这条边会导致生成树中形成环,则舍弃它。
集合管理:使用并查集数据结构来高效地判断两个顶点是否已经连通(即加入边是否会形成环)。
三、图解过程
假设我们有以下连通图 G,目标是找到它的最小生成树(MST)。
步骤 0:初始化
将图中所有边按权值从小到大排序。
初始化一个空的边集
MST,用于存放最小生成树的边。初始化并查集,让每个顶点自成一個集合。
排序后的边列表:(A,D):5, (C,E):5, (D,F):6, (A,B):7, (B,E):7, (B,C):8, (E,F):8, (B,D):9, ...
当前 MST: { }并查集状态: {A}, {B}, {C}, {D}, {E}, {F}