最小生成樹 2

2021-06-21 06:40:10 字數 2020 閱讀 3383

最小生成樹

1.最小生成樹的概念

若從圖的某頂點出發,可以系統地訪問到圖中所有頂點,則遍歷時經過的邊和圖的所有頂點所構成的子圖,稱作該圖的生成樹。(此定義不僅僅適用於無向圖,對有向圖同樣適用。)

(1)若g是強連通的有向圖,則從其中任一頂點v出發,都可以訪問遍g中的所有頂點,從而得到以v為根的生成樹。

(2)若g是有根的有向圖,設根為v,則從根v出發可以完成對g的遍歷,得到g的以v為根的生成樹。

構造生成樹有兩種方法,即深度優先生成樹和廣度優先生成樹。

所謂深度優先生成樹,使用深度優先搜尋方法遍歷乙個連通圖,所經過的邊和頂點構成一棵樹。

廣度優先生成樹是指使用深度優先搜尋方法遍歷乙個連通圖,所經過的邊和頂點構成一棵樹。

圖6-12 (a)、(b)所示的均為圖6-11(a)的無向連通圖的深度優先生成樹和廣度優先生成樹。

(a) 深度優先生成樹                (b) 廣度優先生成樹

圖6-12  無向連通圖g的兩棵生成樹

如果無向連通圖是乙個網,那麼,它的所有生成樹中必有一棵邊的權值總和最小的生成樹,我們稱這棵生成樹為最小生成樹,簡稱為最小生成樹(也稱最小代價生成樹) 。

下面介紹兩種常用的構造最小生成樹的方法。

2.構造最小生成樹的prim演算法

假設g=(v,e)為一網圖,其中v為網圖中所有頂點的集合,e為網圖中所有帶權邊的集合。設定兩個新的集合u和t,其中集合u用於存放g的最小生成樹中的頂點,集合t存放g的最小生成樹中的邊。令集合u的初值為u=(假設構造最小生成樹時,從頂點u1出發),集合t的初值為t={}。prim演算法的思想是,從所有u∈u,v∈v-u的邊中,選取具有最小權值的邊(u,v),將頂點v加入集合u中,將邊(u,v)加入集合t中,如此不斷重複,直到u=v時,最小生成樹構造完畢,這時集合t中包含了最小生成樹的所有邊。

prim演算法可用下述過程描述,其中用wuv表示頂點u與頂點v邊上的權值。

(1)u=,t={};

(2)while (u≠v)do

(u,v)=min

t=t+

u=u+

(3)結束。

圖6-13 (a)所示的乙個網圖,按照prim方法,從頂點1出發,該網的最小生成樹的產生過程如圖6-13(b)、(c)、(d)、(e)、(f)和(g)所示。50 40 55 42 32 35 30 40 20 60

(a)                         (b)                          (c)

(d)                         (e)                           (f)

(g)                         (h)

圖6-13 prim演算法構造最小生成樹的過程示意

3.構造最小生成樹的kruskal演算法

單擊檢視

kruskal演算法是一種按照網中邊的權值遞增的順序構造最小生成樹的方法。其基本思想是:設無向連通網為g=(v,e),令g的最小生成樹為t,其初態為t=(v,{}),即開始時,最小生成樹t由圖g中的n個頂點構成,頂點之間沒有一條邊,這樣t中各頂點各自構成乙個連通分量。然後,按照邊的權值由小到大的順序,考察g的邊集e中的各條邊。若被考察的邊的兩個頂點屬於t的兩個不同的連通分量,則將此邊作為最小生成樹的邊加入到t中,同時把兩個連通分量連線為乙個連通分量;若被考察邊的兩個頂點屬於同乙個連通分量,則捨去此邊,以免造成迴路,如此下去,當t中的連通分量個數為1時,此連通分量便為g的一棵最小生成樹。

對於圖6-14(a)所示的網,按照kruskal方法構造最小生成樹的過程如圖6-15所示。在構造過程中,按照網中邊的權值由小到大的順序,不斷選取當前未被選取的邊集中權值最小的邊。依據生成樹的概念,n個結點的生成樹,有n-1條邊,故反覆上述過程,直到選取了n-1條邊為止,就構成了一棵最小生成樹。

(a)                           (b)                       (c)

(d)                        (e)                       (f)

圖6-14  kruskal演算法構造最小生成樹的過程示意

最小生成樹 次小生成樹

一 最小生成樹 說到生成樹首先要解釋一下樹,樹是乙個聯通的無向無環圖,多棵樹的集合則被稱為森林。因此,樹具有許多性質 1.兩點之間的路徑是唯一的。2.邊數等於點數減一。3.連線任意兩點都會生成乙個環。對於乙個無向聯通圖g的子圖,如果它包含g的所有點,則它被稱為g的生成樹,而各邊權和最小的生成樹則被稱...

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