
AcWing 859 Kruskal算法求最小生成树
排序边:首先将所有边按照权重从小到大进行排序。 初始化并查集:每个顶点初始时在自己的集合中。 选择边:依次遍历排序后的边,判断当前边的两个顶点是否在同一个集合中: 终止条件:当生成树包含n-1条边时,算法终止并输出结果。此时,若未达到n-1条边则生成树不存在。
发布日期:2021-05-28 16:26:41
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分类:精选文章
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kruskal算法是无向图中求最小生成树的一种经典Greedy算法。它通过排序所有边并使用并查集(Union-Find)结构来选择边,确保每次选择的边不会形成环,最终构建出权重最小的生成树。以下将详细阐述该算法的实现方法、优化点和适用场景。
###算法原理kruskal算法基于边的权值进行排序,从小到大依次选择边加入生成树。每次选择的边必须满足两个顶点已经不在同一集合中,这样可以避免形成环。这种方法依赖于并查集来高效地管理和查找顶点集合。
###实现思路
- 如果不在同一集合中,说明这条边可以安全地加入生成树,并将两个集合合并。
- 如果已经在同一集合中,则这条边会形成环,忽略该边。
###代码实现以下是该算法的Python代码示例,该代码使用并查集结构来实现:
def main(): import sys input = sys.stdin.read().split() n = int(input[0]) m = int(input[1]) edges = [] index = 2 for _ in range(m): u = int(input[index])-1 v = int(input[index+1])-1 w = int(input[index+2]) edges.append((w, u, v)) index += 3 parent = list(range(n)) rank = [1]*n def find(u): while parent[u] != u: parent[u] = parent[parent[u]] u = parent[u] return u edges.sort() res = 0 count = 0 for w, u, v in edges: root_u = find(u) root_v = find(v) if root_u != root_v: if rank[root_u] > rank[root_v]: parent[root_v] = root_u rank[root_u] += rank[root_v] else: parent[root_u] = root_v rank[root_v] += rank[root_u] res += w count += 1 if count == n-1: break if count != n-1: print("impossible") else: print(res)if __name__ == "__main__": main()
###数据范围该算法的时间复杂度为O(m log m),适用于稀疏图。对于连通性好的图,即使m很大也能高效运行。需要注意的是,在处理非常大的实例时,需要使用更高效的算法或优化。
###输入格式第一行给出n和m,接下来的m行给出边的信息。每行包含三个整数u, v, w,表示边的两个顶点和权重。
###输出格式输出生成树的总权重或“impossible”(若生成树不存在)。注意,当图中存在多个权重的边时,不会影响算法的有效性。
###分析Kruskal算法通过贪心策略,在连通性较好的图中可以有效地找到最小生成树。它的空间复杂度为O(m),并查集操作在路径压缩和按秩合并下时间复杂度为O(α(n)),几乎与常数相关,极大缩短了各阶段的时间开销。
该算法在处理稀疏图时表现优异,是解决实际问题的首选工具。
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