详解次小生成树以及相关的C++求解方法

 更新时间:2015年08月07日 11:19:30   作者:zinss26914  
这篇文章主要介绍了详解次小生成树以及相关的C++求解方法,文中的练习示例采用了kruskal算法通过C++进行求解,需要的朋友可以参考下

次小生成树的定义
设 G=(V,E,w)是连通的无向图,T 是图G 的一个最小生成树。如果有另一棵树T1,满
足不存在树T',ω(T')<ω(T1) ,则称T1是图G的次小生成树。

求解次小生成树的算法
约定:由T 进行一次可行交换得到的新的生成树所组成的集合,称为树T的邻集,记为N(T)。
定理 3:设T是图G的最小生成树,如果T1满足ω(T1)=min{ω(T')| T'∈N(T)},则T1是G
的次小生成树。
证明:如果 T1 不是G 的次小生成树,那么必定存在另一个生成树T',T'=T 使得
ω(T)≤ω(T')<ω(T1),由T1的定义式知T不属于N(T),则
E(T')/E(T)={a1,a2
1,……,at},E(T)/E(T')={b1,b2,……,bt},其中t≥2。根据引理1 知,存在一
个排列bi1,bi2,……,bit,使得T+aj-bij仍然是G 的生成树,且均属于N(T),所以ω(aj)≥ω(bij),
所以ω(T')≥ω(T+aj-bij)≥ω(T1),故矛盾。所以T1是图G 的次小生成树。
通过上述定理,我们就有了解决次小生成树问题的基本思路。
首先先求该图的最小生成树T。时间复杂度O(Vlog2V+E)
然后,求T的邻集中权值和最小的生成树,即图G 的次小生成树。
如果只是简单的枚举,复杂度很高。首先枚举两条边的复杂度是O(VE),再判断该交换是否
可行的复杂度是O(V),则总的时间复杂度是O(V2E)。这样的算法显得很盲目。经过简单的
分析不难发现,每加入一条不在树上的边,总能形成一个环,只有删去环上的一条边,才能
保证交换后仍然是生成树,而删去边的权值越大,新得到的生成树的权值和越小。我们可以
以此将复杂度降为O(VE)。这已经前进了一大步,但仍不够好。
回顾上一个模型——最小度限制生成树,我们也曾面临过类似的问题,并且最终采用动态规
划的方法避免了重复计算,使得复杂度大大降低。对于本题,我们可以采用类似的思想。首
先做一步预处理,求出树上每两个结点之间的路径上的权值最大的边,然后,枚举图中不在
树上的边,有了刚才的预处理,我们就可以用O(1)的时间得到形成的环上的权值最大的边。
如何预处理呢?因为这是一棵树,所以并不需要什么高深的算法,只要简单的BFS 即可。
预处理所要的时间复杂度为O(V2)。
这样,这一步时间复杂度降为O(V2)。
综上所述,次小生成树的时间复杂度为O(V2)。

练习
题目:

    题目描述: 
    最小生成树大家都已经很了解,次小生成树就是图中构成的树的权值和第二小的树,此值也可能等于最小生成树的权值和,你的任务就是设计一个算法计算图的最小生成树。 
    输入: 
    存在多组数据,第一行一个正整数t,表示有t组数据。 
    每组数据第一行有两个整数n和m(2<=n<=100),之后m行,每行三个正整数s,e,w,表示s到e的双向路的权值为w。 
    输出: 
    输出次小生成树的值,如果不存在输出-1。 
    样例输入: 
    2 
    3 3 
    1 2 1 
    2 3 2 
    3 1 3 
    4 4 
    1 2 2 
    2 3 2 
    3 4 2 
    4 1 2 
    样例输出: 
    4 
    6 


ac代码(注释写的比较清楚):

   

 #include <stdio.h> 
  #include <stdlib.h> 
  #include <string.h> 
   
  #define MAX 100000 
   
  int father[210];  // 并查集 
  int visit[210]; // 记录最小生成树用到的边的下标 
  int windex; // 记录最小生成树用到边的数量 
   
  typedef struct node { 
    int st, ed, w; 
  } node; 
   
  /** 
   * 预处理并查集数组 
   */ 
  void preProcess() 
  { 
    int i, len = sizeof(father) / sizeof(father[0]); 
   
    for (i = 0; i < len; i ++) { 
      father[i] = i; 
    } 
   
  } 
   
  /** 
   * kruskal使用贪心算法,将边按权值从小到大排序 
   */ 
  int cmp(const void *p, const void *q) 
  { 
    const node *a = p; 
    const node *b = q; 
   
    return a->w - b->w; 
  } 
   
  /** 
   * 并查集寻找起始结点,路径压缩优化 
   */ 
  int findParent(int x) 
  { 
    int parent; 
   
    if (x == father[x]) { 
      return x; 
    } 
   
    parent = findParent(father[x]); 
    father[x] = parent; 
     
    return parent; 
  } 
   
  /** 
   * 求最小生成树 
   */ 
  int minTree(node *points, int m, int n) 
  { 
    preProcess(); 
   
    int i, count, flag, pa, pb; 
   
    for (i = count = flag = windex = 0; i < m; i ++) { 
      pa = findParent(points[i].st); 
      pb = findParent(points[i].ed); 
       
      if (pa != pb) { 
        visit[windex ++] = i; 
        father[pa] = pb; 
        count ++; 
      } 
   
      if (count == n - 1) { 
        flag = 1; 
        break; 
      } 
    } 
   
    return flag; 
  } 
   
  /** 
   * 求次小生成树 
   */ 
  int secMinTree(node *points, int m, int n) 
  { 
    int i, j, min, tmp, pa, pb, count, flag; 
   
    for (i = 0, min = MAX; i < windex; i ++) { 
      preProcess(); 
   
      // 求次小生成树 
      for (j = count = tmp = flag = 0; j < m; j ++) { 
        if (j != visit[i]) { 
          pa = findParent(points[j].st); 
          pb = findParent(points[j].ed); 
   
          if (pa != pb) { 
            count ++; 
            tmp += points[j].w; 
            father[pa] = pb; 
          } 
   
          if (count == n - 1) { 
            flag = 1; 
            break; 
          } 
        } 
      } 
   
      if (flag && tmp < min)  min = tmp; 
    } 
   
    min = (min == MAX) ? -1 : min; 
   
    return min;  
  } 
   
   
  int main(void) 
  { 
    int i, t, n, m, flag, min; 
    node *points; 
   
    scanf("%d", &t); 
   
    while (t --) { 
      scanf("%d %d", &n, &m); 
   
      points = (node *)malloc(sizeof(node) * m);  
   
      for (i = 0; i < m; i ++) { 
        scanf("%d %d %d", &points[i].st, &points[i].ed, &points[i].w); 
      } 
   
      qsort(points, m, sizeof(points[0]), cmp); 
       
      flag = minTree(points, m, n); 
   
      if (flag == 0) {  // 无法生成最小生成树 
        printf("-1\n"); 
        continue; 
      } else { 
        min = secMinTree(points, m, n); 
        printf("%d\n", min); 
      } 
   
   
      free(points); 
    } 
   
    return 0; 
  } 



相关文章

  • Qt出现假死冻结现象的原因及解决方法

    Qt出现假死冻结现象的原因及解决方法

    应用程序出现假死或冻结现象通常是由于一些常见问题所导致的,本文主要介绍了Qt出现假死冻结现象的原因及解决方法,具有一定的参考价值,感兴趣的可以了解一下
    2023-10-10
  • C语言数组学习之特殊矩阵的压缩存储

    C语言数组学习之特殊矩阵的压缩存储

    矩阵在计算机图形学、工程计算中都占有举足轻重的地位,本文将讨论如何将矩阵更有效地存储在内存中,并且能够方便地提取矩阵中的元素。感兴趣的同学可以了解一下
    2021-12-12
  • C++语言const 关键字使用方法图文详解

    C++语言const 关键字使用方法图文详解

    在类中,如果你不希望某些数据被修改,可以使用const关键字加以限定。const 可以用来修饰成员变量、成员函数以及对象
    2020-01-01
  • C/C++实现获取硬盘序列号的示例代码

    C/C++实现获取硬盘序列号的示例代码

    获取硬盘的序列号、型号和固件版本号,此类功能通常用于做硬盘绑定或硬件验证操作,下面我们就来学习一下如何使用C/C++实现获取硬盘序列号吧
    2023-11-11
  • C语言中scanf函数与空格回车的用法说明

    C语言中scanf函数与空格回车的用法说明

    这篇文章主要介绍了C语言中scanf函数与空格回车的用法说明,具有很好的参考价值,希望对大家有所帮助。一起跟随小编过来看看吧
    2020-12-12
  • C++同步线程实现示例详解

    C++同步线程实现示例详解

    这篇文章主要介绍了C++同步线程实现示例,线程同步是指同一进程中的多个线程互相协调工做从而达到一致性。之因此须要线程同步,是由于多个线程同时对一个数据对象进行修改操做时,可能会对数据形成破坏
    2022-11-11
  • Qt学习笔记之QPalette调色板类

    Qt学习笔记之QPalette调色板类

    这篇文章主要为大家详细介绍了Qt学习笔记之QPalette调色板类,文中示例代码介绍的非常详细,具有一定的参考价值,感兴趣的小伙伴们可以参考一下
    2019-07-07
  • 关于C++继承你可能会忽视的点

    关于C++继承你可能会忽视的点

    继承是面向对象三大特性之一,有些类与类之间存在特殊的关系,下面这篇文章主要给大家介绍了关于C++继承你可能会忽视的点,文中通过实例代码介绍的非常详细,需要的朋友可以参考下
    2022-02-02
  • 深入二叉树两个结点的最低共同父结点的详解

    深入二叉树两个结点的最低共同父结点的详解

    本篇文章是对二叉树两个结点的最低共同父结点进行了详细的分析介绍,需要的朋友参考下
    2013-05-05
  • 深入理解c++中char*与wchar_t*与string以及wstring之间的相互转换

    深入理解c++中char*与wchar_t*与string以及wstring之间的相互转换

    本篇文章是对c++中的char*与wchar_t*与string以及wstring之间的相互转换进行了详细的分析介绍,需要的朋友参考下
    2013-05-05

最新评论