第八章 图——补充

8.6 最小生成树

        最小生成树（MST）问题是网络设计中常见的问题。想象一下，你的公司有几间办公室，要
以最低的成本实现办公室电话线路相互连通，以节省资金，最好的办法是什么？
        这也可以应用于岛桥问题。设想你要在n个岛屿之间建造桥梁，想用最低的成本实现所有岛
屿相互连通。
        这两个问题都可以用MST算法来解决，其中的办公室或者岛屿可以表示为图中的一个顶点，
边代表成本。这里我们有一个图的例子，其中较粗的边是一个MST的解决方案。

8.6.1 Prim 算法

        Prim算法是一种求解加权无向连通图的MST问题的贪心算法。它能找出一个边的子集，使得
其构成的树包含图中所有顶点，且边的权值之和最小。
        现在，通过下面的代码来看看Prim算法是如何工作的：

   this.prim = function() {
        var parent = [],
        key = [],
        visited = []
        length = this.graph.length,
        i
        for (i = 0; i < length; i++) { //{1}
            key[i] = INF
            visited[i] = false
        }
        key[0] = 0 //{2}
        parent[0] = -1
        for (i = 0; i < length-1; i++) { //{3}
            var u = minKey(key, visited) //{4}
            visited[u] = true //{5}
            for (var v = 0; v < length; v++) {
                if (this.graph[u][v] && visited[v] == false && this.graph[u][v] < key[v]) { //{6}
                    parent[v] = u //{7}
                    key[v] = this.graph[u][v] //{8}
                }
            }
        }
        return parent //{9}
    }

下面是对算法过程的描述。
 行{1}：首先，把所有顶点（key）初始化为无限大（JavaScript最大的数INF = Number.MAX_
SAFE_INTEGER），visited[]初始化为false。
 行{2}：其次，选择第一个key作为第一个顶点，同时，因为第一个顶点总是MST的根节点，所以parent[0] = -1。
 行{3}：然后，对所有顶点求MST。
 行{4}：从未处理的顶点集合中选出key值最小的顶点（与Dijkstra算法中使用的函数一样，只是名字不同）。
 行{5}：把选出的顶点标为visited，以免重复计算。
 行{6}：如果得到更小的权值，则保存MST路径（parent，行{7}）并更新其权值（行{8}）。
 行{9}：处理完所有顶点后，返回包含MST的结果。

8.6.2 Kruskal 算法

        和Prim算法类似，Kruskal算法也是一种求加权无向连通图的MST的贪心算法。
        现在，通过下面的代码来看看Kruskal算法是如何工作的：

    this.kruskal = function() {
        var length = this.graph.length,
        parent = [], cost,
        ne = 0, a, b, u, v, i, j, min
        cost = initializeCost() //{1}
        while (ne < length-1) { //{2}
            for (i = 0, min = INF; i < length; i++) { //{3}
                for (j = 0; j < length; j++) {
                    if (cost[i][j] < min) {
                        min = cost[i][j]
                        u = i
                        v = j
                    }
                }
            }
            u = find(u, parent) //{4}
            v = find(v, parent) //{5}
            if (union(u, v, parent)) { //{6}
                ne++
            }
            cost[u][v] = cost[v][u] = INF //{7}
        }
        return parent
    }

    var find = function(i, parent) {
        while (parent[i]) {
            i = parent[i]
        }
        return i
    }
        
    var union = function(i, j, parent) {
        if (i != j) {
            parent[j] = i
            return true
        }
        return false
    }

下面是对算法过程的描述。
 行{1}：首先，把邻接矩阵的值复制到cost数组，以方便修改且可以保留原始值行{7}。
 行{2}：当MST的边数小于顶点总数减1时。
 行{3}：找出权值最小的边。
 行{4}和行{5}：检查MST中是否已存在这条边，以避免环路。
 行{6}：如果u和v是不同的边，则将其加入MST。
 行{7}：从列表中移除这些边，以免重复计算。
 行{8}：返回MST。