Prim(Prim算法)

Prim

Prim算法一般指本詞條

普里姆算法Prim算法),圖論中的一種算法,可在加權連通圖里搜尋最小生成樹。意即由此算法搜尋到的邊子集所構成的樹中,不但包括了連通圖裡的所有頂點(英語:Vertex (graph theory)),且其所有邊的權值之和亦為最小。該算法於1930年由捷克數學家沃伊捷赫·亞爾尼克(英語:Vojtěch Jarník)發現;並在1957年由美國計算機科學家羅伯特·普里姆(英語:Robert C. Prim)獨立發現;1959年,艾茲格·迪科斯徹再次發現了該算法。因此,在某些場合,普里姆算法又被稱為DJP算法、亞爾尼克算法或普里姆-亞爾尼克算法。

基本介紹

  • 中文名:普里姆算法
  • 外文名:Prim Algorithm
  • 別名:最小生成樹算法
  • 提出者:沃伊捷赫·亞爾尼克(Vojtěch Jarník)
  • 提出時間:1930年
  • 適用領域:套用圖論知識的實際問題
  • 套用學科:計算機,數據結構,數學(圖論)
  • 算法:貪心
算法描述,時間複雜度,圖例描述,代碼,PASCAL代碼,c代碼,C++代碼,時間複雜度,

算法描述

1).輸入:一個加權連通圖,其中頂點集合為V,邊集合朽和講為E;
2).初始化:Vnew = {x},其中x為集合V中的任一節點(起始點),Enew = {},為空;
3).重複下列操作,直到Vnew = V:
a.在集合E中選取權值最小的邊<u, v>,其中船槓駝u為集合Vnew中的元素,而v不在Vnew集合當中,並且v∈V(如果存在有多條滿足前述條件即具有相同權值的邊,則可任意選取其中之一);
b.將v加入集合Vnew中,將<u, v>邊加入集合Enew中;
4).輸出:使用集合Vnew和Enew來描述所得到的最小生成樹

時間複雜度

最小邊、權的數據結構時間複雜度紋刪虹(總計)
鄰接矩陣、搜尋
O(V^2)
二叉堆(後文偽代碼中使用的數據結構)、才糠棄鄰接表
O((V + E) log(V)) = O(E log(V))
O(E + V log(V))
通過鄰接矩陣圖表示的簡易實現中,找到所有最小權邊共需O(V)的運行時間。使用簡單的二叉堆與鄰接表來表示的話,普里姆算法的運行時間則可縮減為O(ElogV),其中E為連通圖的邊數,V為頂點數。如果使用較為複雜的斐波那契堆,則可將運行時間進一步縮短為O(E+VlogV),這在連通圖足夠密集時(當E滿足Ω(VlogV)條件時),可較顯著地提高運行速度。

圖例描述

圖例
說明
不可選
可選
已選(Vnew
Prim
此為原始的加權連通圖。每條邊一側的數字代表其權值。
-
-
-
Prim
頂點D被任意選為起始點。頂點ABEF通過單條邊與D相連。A是距離D最近的頂點,因此將A及對應邊AD以高亮表示。
C, G
A, B, E, F
D
Prim
下一個頂點為距離DA最近的頂點。BD為9,距A為7,E為15,F為6。因此,FDA最近,因此將頂點F與相應邊DF以高亮表示。
C, G
B, E, F
A, D
Prim
算法繼續重複上組察墓擔面的步驟。距離A為7的頂點B被高亮表示。
C
B, E, G
A, D, F
Prim
在當前情況下,可以在CEG間進行選擇。CB為8,EB為7,GF為11。點E最近,因此將頂點E與相應邊BE高亮表示。
C, E, G
A, D, F, B
Prim
這裡喇紋,可供選擇的頂點只有CGCE為5,GE為9,故選取C,並與邊EC一同高亮表示。
C, G
A, D, F, B, E
Prim
頂點G是唯一剩下的頂點,它距F為11,距E為9,E最近,故高亮表示G及乃匪兵乎相應邊EG
G
A, D, F, B, E, C
Prim
所有頂點均已被選取,圖中綠色部分即為連通圖的最小生成樹。在此例中,最小生成樹的權值之和為39。
A, D, F, B, E, C, G

代碼

PASCAL代碼

programprim;constmap:array[1..6,1..6]ofinteger=((0,6,1,5,0,0),(6,0,5,0,3,0),(1,5,0,5,6,4),(5,0,5,0,0,2),(0,3,6,0,0,6),(0,0,4,2,6,0));//樣例輸入vari,j,l:integer;min,minn:longint;f,d:array[1..6]ofinteger;s:array[1..6,1..3]ofinteger;v,p:setof1..6;beginl:=1;p:=[];v:=[];fori:=2to6dov:=v+[i];p:=p+[1];fori:=1to6dof[i]:=1000;//還可以寫成filldword(f,sizeof(f)div2,1000)f[1]:=0;fori:=1to6dod[i]:=0;//還可以寫成fillchar(d,sizeof(d),0);s[1,3]:=0;fori:=1to5dobeginmin:=1000;forj:=1to6dobeginif(f[j]>map[l,j])and(jinv)and(map[l,j]<>0)thenbeginf[j]:=map[l,j];d[j]:=l;end;if(f[j]<min)and(f[j]>0)thenbeginmin:=f[j];minn:=j;end;writeln(d[j]);end;f[minn]:=0;v:=v-[minn];p:=p+[minn];s[i,1]:=d[minn];l:=minn;s[i,2]:=minn;s[i,3]:=min;end;fori:=1to5dowrite(s[i,1],'to',s[i,2],'=',s[i,3],'-->');readln;end.

c代碼

#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#definemax1000000000;inta[1001][1001],d[1001],p[1001];intmain(){inti,j,k,m,n,min,ans,t;intx,y,z;scanf("%d%d",&n,&m);for(i=1;i<=m;i++){scanf("%d%d%d",&x,&y,&z);a[x][y]=z;a[y][x]=z;}for(i=1;i<=n;i++)d[i]=1000000000;d[1]=0;for(i=2;i<=n;i++){min=max;for(j=1;j<=n;j++)if(!p[j]&&min>d[j])min=d[j];t=j;}p[t]=j;for(j=1;j<=n;j++)if(a[t][j]=0&&d[j]>a[t][j]){d[j]=a[t][j];ans+=min;}printf("%d",ans);return0;}

C++代碼

#defineMAXN1000#defineINF1<<30intclosest[MAXN],lowcost[MAXN],m;//m為節點的個數intG[MAXN][MAXN];//鄰接矩陣intprim(){for(inti=0;i<m;i++){lowcost[i]=INF;}for(inti=0;i<m;i++){closest[i]=0;}closest[0]=-1;//加入第一個點,-1表示該點在集合U中,否則在集合V中intnum=0,ans=0,e=0;//e為最新加入集合的點while(num<m-1)//加入m-1條邊{intmicost=INF,miedge=-1;for(inti=0;i<m;i++)if(closest[i]!=-1){inttemp=G[e][i];if(temp<lowcost[i]){lowcost[i]=temp;closest[i]=e;}if(lowcost[i]<micost)micost=lowcost[miedge=i];}ans+=micost;closest[e=miedge]=-1;num++;}returnans;}

時間複雜度

這裡記頂點數v,邊數e
鄰接矩陣:O(v) 鄰接表:O(elog2v)

c代碼

#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#definemax1000000000;inta[1001][1001],d[1001],p[1001];intmain(){inti,j,k,m,n,min,ans,t;intx,y,z;scanf("%d%d",&n,&m);for(i=1;i<=m;i++){scanf("%d%d%d",&x,&y,&z);a[x][y]=z;a[y][x]=z;}for(i=1;i<=n;i++)d[i]=1000000000;d[1]=0;for(i=2;i<=n;i++){min=max;for(j=1;j<=n;j++)if(!p[j]&&min>d[j])min=d[j];t=j;}p[t]=j;for(j=1;j<=n;j++)if(a[t][j]=0&&d[j]>a[t][j]){d[j]=a[t][j];ans+=min;}printf("%d",ans);return0;}

C++代碼

#defineMAXN1000#defineINF1<<30intclosest[MAXN],lowcost[MAXN],m;//m為節點的個數intG[MAXN][MAXN];//鄰接矩陣intprim(){for(inti=0;i<m;i++){lowcost[i]=INF;}for(inti=0;i<m;i++){closest[i]=0;}closest[0]=-1;//加入第一個點,-1表示該點在集合U中,否則在集合V中intnum=0,ans=0,e=0;//e為最新加入集合的點while(num<m-1)//加入m-1條邊{intmicost=INF,miedge=-1;for(inti=0;i<m;i++)if(closest[i]!=-1){inttemp=G[e][i];if(temp<lowcost[i]){lowcost[i]=temp;closest[i]=e;}if(lowcost[i]<micost)micost=lowcost[miedge=i];}ans+=micost;closest[e=miedge]=-1;num++;}returnans;}

時間複雜度

這裡記頂點數v,邊數e
鄰接矩陣:O(v) 鄰接表:O(elog2v)

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