修路问题本质就是就是最小生成树问题,先介绍一下最小生成树(Minimum CostSpanning Tree),简称MST.
1) 有胜利乡有7个村庄(A,B,C,D,E,F,G),现在需要修路把7个村庄连通
2)各个村庄的距离用边线表示(权),比如A-B距离5公里
3) 问:如何修路保证各个村庄都能连通,并且总的修建公路总里程最短?
思路:将10条边,连接即可,但是总的里程数不是最小.正确的思路,就是尽可能的选择少的路线,并且每条路线最小,保证总里程数最少.
普利姆(Prim)算法求最小生成树,也就是在包含n个顶点的连通图中,找出只有(n-1)条边包含所有n个顶点的连通子图,也就是所谓的极小连通子图
普利姆的算法如下:
import java.util.Arrays;
public class PrimAlgorithm {
public static void main(String[] args) {
char[] data = {'A','B','C','D','E','F','G'};
int verxs = data.length;
//邻接矩阵关系用二维数组表示
int[][] weight = new int[][] {//大数表示两地不相通
{10000,5,7, 10000 , 10000, 10000,2},
{5, 10000, 10000,9, 10000,10000,3},
{7 , 10000, 10000, 10000, 8,10000 ,10000} ,
{10000,9, 10000 , 10000 , 10000,4, 10000} ,
{10000, 10000,8, 10000 , 10000,5,4},
{10000 , 10000 , 10000,4,5, 10000,6},
{2,3,10000, 10000,4, 6,10000}
};
//创建MGraph对象
MGraph graph = new MGraph(verxs);
MinTree minTree = new MinTree();
//输出
minTree.createGraph(graph, verxs, data, weight);
minTree.showGraph(graph);
minTree.prim(graph, 0);
}
}
//创建最小生成树 村庄的图
//graph图对象
//verxs图对应的顶点个数
//data图的各个顶点的值
//weight图的邻接矩阵
class MinTree{
//创建图的邻接矩阵
public void createGraph(MGraph graph,int verxs,char[] data,int[][] weight) {
int i,j;
for( i = 0;i < verxs;i++) {
//遍历顶点
graph.data[i] = data[i];//传进图内
for(j = 0;j < verxs;j++) {
graph.weight[i][j] = weight[i][j];
}
}
}
//显示图的邻接矩阵
public void showGraph(MGraph graph) {
for(int[] link : graph.weight) {
System.out.println(Arrays.toString(link));
}
}
//编写prim算法 得到最小生成树
public void prim (MGraph graph,int v) {
//v 表示图从哪个顶点开始生成
int[] visited = new int[graph.verxs];//标记已经访问过的节点
//默认0 表示没有访问过
for(int i = 0;i<graph.verxs;i++) {
visited[i] = 0;
}
//把当前节点标记为以访问
visited[v] = 1;
//用h1 h2 记录两个顶点的下标
int h1 = -1;
int h2 = -1;
int minWeight = 10000;//将其初始化一个大数后面替换
for(int k = 1;k < graph.verxs;k++) {
//有verxs个顶点 则有verxs-1条边
for(int i = 0; i < graph.verxs; i++) {
for (int j = 0; j < graph.verxs; j++) {
if (visited[i] == 1 && visited[j] == 0 && graph.weight[i][j] < minWeight) {
// i为以访问顶点 j为为访问节点 要找i通往邻接节点权值(也就是费用)最低的路
// 替换minWeight
minWeight = graph.weight[i][j];
h1 = i;// 记录节点下标
h2 = j;
}
}
}
//找到一条最小边
System.out.println(graph.data[h1] + "到 " + graph.data[h2] + "费用" + minWeight);
visited[h2] = 1;//标记已访问
minWeight = 10000; //重置该值 继续下次查询
}
}
}
class MGraph{
int verxs;//表示图节点个数
char[] data;//存放节点数据
int[][] weight;//存放边 就是邻接矩阵
public MGraph(int verxs) {
this.verxs = verxs;
data = new char[verxs];
weight = new int[verxs][verxs];
}
}