最小生成樹算法之Prim算法

沿用本人一慣的行文風格,從幾個問題入手,層層深入

1.什麼是最小生成樹算法?

簡言之,就是給定一個具有n個頂點的加權的無相連通圖,用n-1條邊連接這n個頂點,並且使得連接之後的所有邊的權值之和最小。這就叫最小生成樹算法,最典型的兩種算法就是Kruskal算法和本文要講的Prim算法。

2.Prim算法的步驟是什麼?

這就要涉及一些圖論的知識了。

a.假定圖的頂點集合爲V,邊集合爲E.

b.初始化點集合U={u}.//u爲V中的任意選定的一點

c.從u的鄰接結點中選取一點v使這兩點之間的權重最小,然後將v加入集合U中.

d.從結點v出發,重複c步驟,直到V={}.

3.舉個例子來說明Prim算法的步驟:

一個簡單的加權拓撲圖如下所示


wKioL1Oibz3gvm75AAHFwz55ibk729.png

選取1爲初始點,則按照上面所示的步驟訪問結點的順序依次次爲:

wKioL1OjncWit8uHAAPf6SRR2_w554.png


則最終訪問結點的順序:1,3,4,2,5.

4.Prim算法的具體C語言編程實現:

#include <stdio.h>
#include <cstdlib>
#include<memory.h>
const int Max =0x7fffffff;
const int N=50;

int n;
int g[N][N],dis[N],visited[N];

int prim()
{
	int i,j;
	int pos,min;
	int ans=0;
	memset(visited,0,sizeof(visited));
	visited[1]=1;pos=1;
	//assign a value to the dis[N] first
	for(i=2;i<=n;i++)
		dis[i]=g[pos][i];
	for(i=1;i<n;i++)
	{
		min=Max; 
		for(j=1;j<=n;j++)
		{
			if(visited[j]==0&&min>dis[j])
			{
				min=dis[j];
				pos=j;	
			}
		}
		printf("The node being traversed is :%d\n",pos);
		ans+=min;
		printf("The value of ans is %d\n",ans);
		//mark the node
		visited[pos]=1;
		//update the weight
		for(j=1;j<=n;j++)
			if(visited[j]==0&&dis[j]>g[pos][j])
				dis[j]=g[pos][j];
	}
	return ans;
}

int main()
{
	int i=1,j=1;
	int ans=0;
	int w;
	printf("Please enter the number of the nodes:\n");
	scanf("%d",&n);
	for(i=1;i<=n;i++)
		for(j=1;j<=n;j++)
		{
			if(i==j)
				g[i][j]=0;
			else
				g[i][j]=Max;
		}
	printf("Please enter the number of the edges:\n");
	int edgenum;
	scanf("%d",&edgenum);
	int v1,v2;
	printf("Please enter the number and the corresponding weight:\n");
	for(i=1;i<=edgenum;i++)
	{
		scanf("%d%d%d",&v1,&v2,&w);
	    g[v1][v2]=g[v2][v1]=w;
	}
	ans=prim();
	printf("The sum of the weight of the edges is:%d\n",ans);
	system("pause");
	return 0;
	
}



5.程序運行後的結果截圖

wKioL1OjnkXTgCamAACpZQvzDo0453.png

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