4.图论经典算法之最小生成树~Prim

首先介绍一下什么是树:

首先得理解树是一种特殊的图,他有n个节点和n-1条边构成(先默认为无向边,这篇默认给的是无向边)把它叫做“树”是因为它看起来像一棵倒挂的树。
image.png

给出自己的定义:n点,n-1条边,联通就是树,(具体证明参见离散数学,不赘述)

可能与本算法有关的性质:两点之间又切仅有一条路!!!

好了,接下来开始讲什么是最小生成树,就是在一个连通图里面在保持连通的性质下进行删边,并且在所有删边后的图里面的边总权值最小的图就是最小生成树,很好理解,假如现在删的还剩n条边,那么一定会有一条多余的边,删掉这个边总权值会进一步减小,所以无论怎么删除,最后结果的都会是一个树,只是得到的这些树的总权值不一样,我们要解决的问题是怎么获得这些树中总权值最小的那个。

关于最小生成树有一些实际应用,其中最典型的是有一些村庄,他们之间可以修互相直达的路,给你任意两个村庄之间修路的代价,问你如何用最小的代价把所有村庄连起来,嘻嘻

介绍一下Prim算法的基本思想:贪心!
没错,又是贪心,prim算法从点出发,首先创建一个空集合,初始化元素全为极大值的数组len用于表示各个点到集合里任意一个点的最小路径值,然后随便选一个点扔进集合,然后用这个点更新和他相连的点的len数组值,然后找出下一个没有进集合但是离集合最近的一个点进入集合,并且用新进入的点更新len值!
是不是有些熟悉啊,有点像什么!对!这不是迪杰斯特拉吗!只不过迪杰斯特拉的len数组存的是到固定点的最小路径,这里存的是到集合的最小值
如果没有理解,没有关系,看图!


image.png

先把C进集合,此时A离集合最短,A进集合,此时lenB为5,lenD为7,lenE为5,选择B或E进入集合,这里选的B,然后F,E,D依次进入集合,所有点都进入集合了,算法结束!
想必大家都看出来了,最小生成树可能不是唯一的,一个图可能拥有不少的最小生成树,但是他们在连通性质和总权值上是等价的哈

下面上代码,没看懂的小可爱或者不知道如何代码实现的看下!其实一直觉得看有注释的代码才最好理解,因为有各种细节,光是讲思路还是太抽象了

void int prim()
{
    memset(len,0x3f,sizeof(len));
    //先把len数组赋值为极大值
    len[u]=0;//到自己的值当然为0
    int now;//接下来要加入集合的点
    int tot=0;//tot用于记录有几个点在集合里
    while(tot<n)//当还没全部进入集合时就要去找下一个点
    {
        int minn=len[0];//把minn置为极大值,len[0]不会被更新因为没有0这个点(点从1开始,我这样写只是为了偷懒,只要理解这里赋极大值就可)
        for(int i=1;i<=n;++i)//遍历所有点
        {
            if(!used[i]&&minn>dis[i])//找出那个不在集合里面但是又离集合最近的点
            {
                minn=len[i];
                now=i;
            }
        }
        used[now]=1;//标记点已经走过
        tot++;//表示集合里的点数+1
        for(int i=head[now];i;i=bian[i].qian)//以此点为中转
        {
            int v=bian[i].wei;//v是与now相连的点
            if(len[v]>bian[i].quan&&!used[v])//如果不在集合里并且可以更新len
            {
                len[v]=bian[i].quan;//那就更新
            }
        }
    }
}

很容易就能看出,这个算法的复杂度是n二次方的,不知道大家是否还记得dji的优化算法,哈哈,这里依旧适用,可以优化到nlogn,具体就不详述了,可以去看看我关于堆优化的dji的讲解,多说一句,这个算法适合点少边多的图,如果点特别多这个算法还是不太行,毕竟是一个个找点的算法,下篇介绍克鲁斯卡尔算法,是适合点多边少的一个算法!

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