最小生成树-Kruskal(克鲁斯卡尔)算法+理解+证明;

关于最小生成树,我曾经理解过,然后上离散数学后又理解了一遍,所以就向想一下这个博客;主要是理解和证明;

.首先我们什么提出最小生成树概念:
设无向连通带权图G=,T是G的一颗生成树,T的各边权之和称为T的权,记作W(T)。G的所有生成树中权最小的生成树称为G的最小生成树。

求最小生成树已经有许多种方法,这里介绍的是避圈法(Kruskal);

怎样找出最小生成树:

设n阶无向连通图带权图G=有m条边,不妨设G中没有环(否则,可以将所有的环先删去),将m条边按权从小到大顺序排序,设e1,e2,e3…em;

取e1在T中,然后依次检查e1,e2,e3…em。若ej(j>=2)与已在T中的边不能构成回路,则取ej在T中,否则弃去ej。

算法停止时得到的T为G的最小生成树
下面这个第一张图片是G无向连通图;第二张图片是T,即G的最小生成树;
最小生成树-Kruskal(克鲁斯卡尔)算法+理解+证明;_第1张图片
最小生成树-Kruskal(克鲁斯卡尔)算法+理解+证明;_第2张图片
最小生成树-Kruskal(克鲁斯卡尔)算法+理解+证明;_第3张图片
理解了,那么我们就来证明一下这个算法的正确性

1.首先,假设我们已经对所有边进行了排序,并且当前遍历到的边是连接点1和点3的边。

2.因为这条边是最小的边,而点1和点3在最小生成树中一定会直接或间接的相连,因此任何从点1到点3的路径都不小于这条边。如图,如果不走这条边就走1→2→3 或者1->4->3(而如果这样走显然会使得1→3的距离过大,而我们当前只讨论1→3的最优选项)。或者,我们可以假设一种情况:点1和点3之间有两条权值为0.25的边,间接的连接了点1和点3,那么这条路径显然比当前权值为1的边的权值小。但是我们是从小到大遍历边的,所以如果出现了这种情况,那么由于比权值为1的这条边小,那么他们必定已经被遍历。

由于那条路径已经被遍历过,那么这时候点1和点3就处于一个并查集了,也就是说我们不会再选择边权为3的这条边了。

3.因此我们可以证明出一个结论:图中权值最小的这条边必然要被选择。

4.假设我们已经选择了直接连接点1和点3的这条边,那么我们就可以对点1和点3进行缩点,由于最小生成树的性质(只要有路径连接两个任意结点即可),缩点对建图没有任何影响。

5.重复以上操作,直到边的数量等于点的数量减一(一个图的最小生成树的边的数量必定等于这个图的点的数量减一)即可得出最小生成树。

接下来就是上代码了:
由于时间关系先写到这,后再填坑;

这里一道是关于避圈法(Kruskal算法)的题解;
请点这里

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