最小生成树
经典算法Kruskal算法
int cmp(const node &c,const node &d){ return c.z
这里不得不提一句什么叫
Kruskal重构树
Kruskal重构树可以拿来处理一些最小生成树的边权最值问题
形象的理解就是: Kruskal连边时并不直接合并两个并查集 而是新建一个节点x 将两个点所在子树都连到x的儿子上这样生成的树有一些十分优美的性质:
1.二叉树(好吧意义不大)
2.原树与新树两点间路径上边权(点权)的最大值相等 3.子节点的边权小于等于父亲节点(大根堆) 4.原树中两点之间路径上边权的最大值等于新树上两点的LCA的点权看图理解一下吧
看一下性质的体现:
1.不用说了 2.原树上2—>5:2,新树上也是 3.不用说了 4.1—>6:4 确认满足性质看一下Kruskal重构树的构建:
维护一个类似并查集的东西
其中有按秩合并和路径压缩
据说这样并查集的时间复杂度才有保证树的记录方式:爸爸记录法(只记录父亲)
没有必要把树上的边都连起来 结点深度只要调用一个记忆化搜索就好了 (代码还是很丑)int cmp(const node &a,const node &b){ return a.vsize[f2]) swap(f1,f2); //按秩合并 fa[f1]=f2; //并查集中的标志节点,f1连到f2上 size[f2]=max(size[f2],size[f1]+1); //size并查集的深度 f[f1]=f2; //Kruskal重构树中的父节点 z[f1]=e[i].v; //Kruskal重构树中的结点值(就是原树中的边值) } }}int getdep(int bh){ if (deep[bh]) return deep[bh]; if (!f[bh]) return deep[bh]=1; return deep[bh]=getdep(f[bh])+1;}
言归正传,为了更好地理解最小生成树,
我们给出两条性质:性质一:切割性质
假定所有的边权均不相同 设S为既非空集也非全集的V(点集)的子集, 边e是满足一个端点在S内,另一个端点不在S内的所有边中权值最小的边 则图G的所有生成树均包含e
性质二:回路性质
假定所有的边权均不同 设C是图G中的任意回路,边e是C上权值最大的边, 则图G的所有生成树不包含e
例1:
每对结点减的最小瓶颈路上的最大边长 解: 求出最小生成树之后: 一般来说,最朴素的用lca(n^2logn) 然而现在有了更好的做法: 用dfs把最小生成树变成有根树,同时计算f(u,v) 当新访问一个结点的时候,考虑所有访问过的老结点, 更新f(x,u)=max(f(x,v),w(u,v)),其中v是u的父结点 复杂度O(n^2)次小生成树
权值之和排在第二的生成树
最朴素的求法:像次短路一样,次小生成树和最小生成树不会完全一样,
我们枚举最小生成树上的边并删除,在剩下的边里做Kruskal,得到的生成树中权值最小的就是次小生成树 复杂度O(nmα(n,m))还有一种更好的方法
枚举要加入哪条新边
在最小生成树上加上一条边u-v,图上会出现一条回路,我们需要删除一条边 所以删除的边一定在最小生成树中u-v的路径上, 由回路性质得,删除的一定是路上的一条最长边 所以我们像例一中一样,求出f(u,v) 剩下的部分只需要O(m)的时间(枚举所有m-n+1条边,O(1)求出新生成树的权值) 时间复杂度O(n^2)有向最小生成树
给定一个有向带权图G和其中一个结点u,找到一个以u为根结点,权和最小的生成树
有向生成树(directed spanning tree)也叫树形图(arborescence) 是指一个类似树的有向图,满足如下条件- 恰好有一个入度为0的结点,称为根结点
- 其他结点的入度均为一
- 可以从根节点到达所有其他结点
朱-刘算法
首先是预处理:
删除自环并判断根结点是否可以到达其他结点,如果不是,无解算法主过程:
首先,给所有非根结点选择一条全最小的入边, 如果选出来的n-1条边构不成圈,则可以证明这些边形成了一个最小树形图 否则把每个圈缩成一个点,继续上述过程缩圈之后,圈上的所有边都消失了,因此在最终答案的时候需要累加上这些边的权值
但是这样就有一个问题: 假设算法在某次迭代中,把圈C缩成了结点v 则下一次迭代的时候,给v选择的入边将与C中的入弧冲突 如图,圈中已经有了Y—>X,如果收缩之后我们又给X选了一条入边Z—>X 我们就要删除Y—>X(每个非根结点只有一个入度) 这等价于把弧Z—>X减小了Y—>X的权值