AcWing 859 Kruskal算法求最小生成树
发布日期:2021-05-28 16:26:41 浏览次数:37 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

  • 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:
    • 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。
  • 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。
  • ###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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