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TUhjnbcbe - 2021/4/11 17:26:00
Python数据结构与算法分析day42相必大家都能猜到今天要分享的内容是什么,对,没错就是最小生成树。提到最小生成树,肯定会想到生成树的含义吧!那么问题来了,什么是生成树?一个连通图的生成树是一个极小的连通子图,它拥有图中所有的顶点和最少数量的边。只有一棵树的n-1条边,包含n个顶点的无向图最多包含n^n-2棵生成树。

生成树的性质

(1)每个连通图至少包含一颗生成树;

(2)生成树中不存在环,但给生成树添加一条边就会构成环;

(3)删除生成树中的任意一条边都会导致图的不连通;

(4)n个顶点的连通图,生成树包含n个顶点和n-1条边;

(5)n个顶点的无向完全图最多包含n^n-2颗生成树。

最小生成树对于图G(V,E),最小生成树T是E的无环子集。包含所有顶点V,并且边权重之和最小。没错,那下一步就到了算法了,最小生成树算法有很多,其中最经典的就是克鲁斯卡尔(Kruskal)算法和普里姆(Prim)算法。从策略上来说,Prim算法是直接查找,多次寻找邻边的权重最小值;Kruskal算法是先对权重排序后查找。所以说,Kruskal算法在效率上是要比Prim快的,因为Kruskal只需一次对权重的排序就能找到最小生成树,而Prim算法需要多次对邻边排序才能找到。在这里,就只对prim算法进行讨论了。Prim算法的实现过程是以一个结点作为最小生成树的初始结点,然后以迭代的方式找出最小生成树中各结点权重最小的边,并加到最小生成树中。当所有的结点都加入到最小生成树中后,就找出了这个连通图的最小生成树。那我们就简单粗暴的用例子来理解prim算法,下图是一个图,假设从A点出发,我们来寻找一下它的最小生成树。假如从顶点A出发,顶点B、C的权值分别为2、3,所以对于顶点A来说,到顶点B的权值最小,将顶点B加入到生成树中:继续分析与顶点A和B相邻的所有顶点(包括C、D、E),其中权值最小的是顶点C、D,和前边的算法一样,假设一下就好了。假设将C添加到生成树当中:继续分析与生成树中已添加顶点相邻的顶点中权值最小的顶点,发现为节点D,则添加到生成树中:继续分析与生成树中已添加顶点相邻的顶点中权值最小的顶点,发现节点E,则添加到生成树中:继续分析与生成树中已添加顶点相邻的顶点中权值最小的顶点,发现节点F,则添加到生成树中:最后就剩下了节点G了,我们的算法过程就结束了。这个算法的图解过程是不是很清晰呢,老规矩,下边我们就要进入Prim的算法实现了。

frompythonds.graphsimportPriorityQueue,Graph,Vertexdefprim(G,start):pq=PriorityQueue()forvinG:v.setDistance(sys.maxsize)v.setPred(None)start.setDistance(0)pq.buildHeap([(v.getDistance(),v)forvin6])whilenotpq.isEmpty():currentVert=pq.delMin()fornextVertincurrentVert.getConnections():newCost=currentVert.getweight(nextVert)+currentVert.getDistance()ifvinpqandnewCostnextVert.getDistance():nextVert.setPred(currentVert)nextVert.setDistance(newCost)pq.decreasekey(nextVert,newCost)好了,我的笔记到这里就要和大家说再见了,从年12月25日开始在

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