克鲁斯卡尔(Kruskal)算法之最小生成树

/**
 * 克鲁斯卡尔(Kruskal)算法实现最小生成树
 */
public class Kruskal{

    //边的个数
    private int edgeNum;
    //顶点数组
    private char[] vertexs;
    //邻接矩阵
    private int[][] matrix;
    //表示两个顶点不能联通
    private static final int INF = Integer.MAX_VALUE;

    public static void main(String[] args) {
        char[] vertexs = new char[]{'A', 'B', 'C', 'D', 'E', 'F', 'G'};
        //克鲁斯卡尔算法的邻接矩阵
        int matrix[][] = {
                /*A*//*B*//*C*//*D*//*E*//*F*//*G*/
                /*A*/ {0, 12, INF, INF, INF, 16, 14},
                /*B*/ {12, 0, 10, INF, INF, 7, INF},
                /*C*/ {INF, 10, 0, 3, 5, 6, INF},
                /*D*/ {INF, INF, 3, 0, 4, INF, INF},
                /*E*/ {INF, INF, 5, 4, 0, 2, 8},
                /*F*/ {16, 7, 6, INF, 2, 0, 9},
                /*G*/ {14, INF, INF, INF, 8, 9, 0}};
        Kruskal kruskal = new Kruskal(vertexs, matrix);
        kruskal.kru();
    }

    public Kruskal(char[] vertexs, int[][] matrix) {
        this.vertexs = vertexs;
        this.matrix = matrix;
        //初始化顶点
        //统计边
        for (int i = 0; i < matrix.length; i++) {
            for (int j = i + 1; j < matrix.length; j++) {
                if (this.matrix[i][j] != INF) {
                    this.edgeNum++;
                }
            }
        }
    }



    /**
     * 对边进行排序处理 冒泡
     *
     * @param edges 需要排序的边
     */
    private void sortEdges(EData[] edges) {
        for (int i = 0; i < edges.length; i++) {
            for (int j = 0; j < edges.length - i - 1; j++) {
                if (edges[j].weight > edges[j + 1].weight) {
                    EData temp = edges[j];
                    edges[j] = edges[j + 1];
                    edges[j + 1] = temp;
                }
            }
        }
    }

    /**
     * 编写一个方法
     *
     * @param ch 顶点的值
     * @return
     */
    private int getPosition(char ch) {
        for (int i = 0; i < vertexs.length; i++) {
            if (vertexs[i] == ch) {
                return i;
            }
        }
        return -1;
    }

    /**
     * 获取图中的边 放到 EData数组 后面需要遍历此数组
     *
     * @return
     */
    private EData[] getEdges() {
        int index = 0;
        EData[] edges = new EData[edgeNum];
        for (int i = 0; i < vertexs.length; i++) {
            for (int j = i + 1; j < vertexs.length; j++) {
                if (matrix[i][j] != INF) {
                    edges[index++] = new EData(vertexs[i], vertexs[j], matrix[i][j]);
                }
            }
        }
        return edges;
    }


    public void kru() {
        //表示最后结果数组的索引
        int index = 0;
        //用户保存"已有的最小生成树"中的每个节点在最小生成树的终点
        int[] ends = new int[edgeNum];
        //创建结果数组 保存最后的最小生成树
        EData[] rets = new EData[edgeNum];
        //获取图中 所有边的集合
        EData[] edges = getEdges();
        System.out.println(Arrays.toString(edges));
        //按照边的大小进行排序
        sortEdges(edges);
        //遍历数组 判断是否是回路
        for (int i = 0; i < edgeNum; i++) {
            //获取第 i 条边的第一个顶点
            int p1 = getPosition(edges[i].start);
            //获取第i 的第二顶点
            int p2 = getPosition(edges[i].end);
            //获取 p1 在已有的最小生成树的终点
            int m = getEnd(ends, p1);
            //获取 p2 在已有的最小生成树的终点
            int n = getEnd(ends, p2);
            //判断是否构成回路
            if (m != n) {
                //没有构成
                ends[m] = n;
                rets[index++] = edges[i];
            }
        }
        //打印最小生成树
        System.out.println();
        System.out.println("最小生成树为");
        System.out.println();
        for (int i = 0; i < rets.length; i++) {
            if (rets[i] != null) {
                System.out.println(rets[i]);
            }
        }
    }


    /**
     * 获取下标为 i 的顶点的终点
     *
     * @param ends 已有的终点
     * @param i 顶点的下标
     * @return
     */
    private int getEnd(int[] ends, int i) {
        while (ends[i] != 0) {
            i = ends[i];
        }
        return i;
    }
}

//创建一个 EData 对象实例就是表示一个边
class EData {
    //起点
    char start;
    //终点
    char end;
    //权值
    int weight;

    public EData(char start, char end, int weight) {
        this.start = start;
        this.end = end;
        this.weight = weight;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "EData{" +
                "start=" + start +
                ", end=" + end +
                ", weight=" + weight +
                '}';
    }
}

 

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