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计算机软考程序员常考基础必知必会(44)

2016-4-20编辑:ljnbset

最小生成树算法之Prim算法(C++实现)

  在无向带权连通图G中,如果一个连通子树包含所有顶点,并且连接这些顶点的边权之和最小,那么这个连通子图就是G的最小生成树。求最小生成树的一个常见算法是Prim算法,该算法的基本思想是:

  1)设置两个集合V和S,任意选择一个顶点作为起始顶点,将起始顶点放入集合S,其余顶点存入集合V中;

  2)然后使用贪心策略,选择一条长度最短并且端点分别在S和V中边(即为最小生成树的中的一条边),将这条边在V中的端点加入到集合S中;

  3)循环执行第2)步直到S中包含了所有顶点。

  根据以上思想我们很快可以给出一个O(N^3)的算法,即选择一条最短边需要O(N^2)的时间复杂度,具体实现代码如下:

  /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

  // O(N^3)

  #include

  using namespace std;

  //用邻接矩阵表示无向图

  #define N 6 //节点个数

  #define M 100000//最大值,表示不可达

  int matrix[N][N]=

  {

  M,6,1,5,M,M,

  6,M,5,M,3,M,

  1,5,M,5,6,4,

  5,M,5,M,M,2,

  M,3,6,M,M,6,

  M,M,4,2,6,M

  };

  void prim()

  {

  bool flag[N]; //标记某个点是否当前生成树集合中

  int i,j;

  //初始化集合

  for(i = 0; i < p>

  flag[i] =false;

  flag[0] = true;

  int count = 1;

  while(count++< N)

  {

  int min =M;

  int e1 = -1,e2 = -1;

  for(i = 0; i< N; ++i)

  {

  if(flag[i])

  {

  for(j= 0; j < N; ++j)

  {

  if(!flag[j])

  {

  if(matrix[i][j] < min)

  {

  min = matrix[i][j];

  e1 = i;

  e2 = j;

  }

  }

  }

  }

  }

  cout<<

  flag[e2] =true;

  }

  }

  int main(int argc, char* *argv)

  {

  prim();

  system("pause");

  return 0;

  }

  ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

上面的算法有三个循环,时间复杂度为O(N^3),考虑到由于使用的是贪心策略,则每添加一个新顶点到集合S中的时候,才会改变V中每个点到S中点的最小边的长度。因此可以用一个数组nearest[N](N为顶点个数)记录在生成最小数的过程中,记录V中每个点的到S中点的最小变长,用另外一个数组adjecent[N]记录使得该边最小的对应的邻接点。那么O(N)的时间了找到最短的边,并且能在O(N)的时间里更新nearest[N]和adjecent[N]。因此可以得到O(N^2)的算法。

  源码实现如下:

  //O(N^2)

  #include

  using namespace std;

  #define N 6 //节点个数

  #define M 100000//最大值,表示不可达

  //用邻接矩阵表示无向图

  int matrix[N][N] =

  {

  M,6,1,5,M,M,

  6,M,5,M,3,M,

  1,5,M,5,6,4,

  5,M,5,M,M,2,

  M,3,6,M,M,6,

  M,M,4,2,6,M

  };

  void prim()

  {

  //记当前生成树的节点集合为S

  //未使用的节点结合为V

  bool flag[N]; //标记某个点是否在S中

  int nearest[N];//记录V中每个点到S中邻接点的最短边

  intadjecent[N];//记录与V中每个点最邻接近的点

  int i,j,min;

  //初始化集合

  for(i = 0; i < p>

  flag[i] =false;

  flag[0] = true;

  for(i = 1; i < p>

  {

  nearest[i] =matrix[0][i];

  adjecent[i] =0;

  }

  int count = N;

  while(--count)

  {

  min = M;

  j = 0;

  for(i = 0; i< N; ++i)

  {

  if(!flag[i] && nearest[i] < min)

  {

  min =nearest[i];

  j =i;

  }

  }

  cout<<

  flag[j] =true;

  for(i = 0; i< N; ++i)

  {

  if(!flag[i] && matrix[i][j]

  {

  nearest[i] = matrix[i][j];

  adjecent[i] = j;

  }

  }

  }

  }

  int main(int argc, char* *argv)

  {

  prim();

  system("pause");

  return 0;

  }

  /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

#include

  #include

  #define MAXVEX 30

  #define MAXCOST 1000

  /*

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