Java实现Kruskal算法的示例代码

2024-04-02 19:55

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介绍

构造最小生成树还有一种算法，即 Kruskal 算法：设图 G=（V，E）是无向连通带权图，V={1,2，...n};设最小生成树 T=(V，TE)，该树的初始状态只有 n 个节点而无边的非连通图T=(V,{}),Kruskal 算法将这n 个节点看成 n 个孤立的连通分支。它首先将所有边都按权值从小到大排序，然后值要在 T 中选的边数不到 n-1,就做这样贪心选择：在边集 E 中选择权值最小的边(i,j),如果将边(i,j)加入集合 TE 中不产生回路，则将边(i,j)加入边集 TE 中，即用边(i，j)将这两个分支合并成一个连通分支；否则继续选择下一条最短边。把边(i,j)从集合 E 中删去，继续上面的贪心选择，直到 T 中的所有节点都在同一个连通分支上为止。此时，选取的 n-1 条边恰好构成图 G 的一棵最小生成树 T。

Kruskal 算法用一种非常聪明的方法，就是运用集合避圈；如果所选择加入边的起点和终点都在 T 集合中，就可以断定会形成回路，变的两个节点不能属于同一个集合。

算法步骤

1 初始化。将所有边都按权值从小到大排序，将每个节点集合号都初始化为自身编号。

2 按排序后的顺序选择权值最小的边（u,v）。

3 如果节点 u 和 v 属于两个不同的连通分支，则将边(u,v)加入边集 TE 中，并将两个连通分支合并。

4 如果选取的边数小于 n-1,则转向步骤2，否则算法结束。

一、构建后的图

二、代码

package graph.kruskal;
 
import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
import java.util.List;
import java.util.Scanner;
 
public class Kruskal {
    static final int N = 100;
    static int fa[] = new int[N];
    static int n;
    static int m;
 
    static Edge e[] = new Edge[N * N];
    static List<Edge> edgeList = new ArrayList();
 
    static {
        for (int i = 0; i < e.length; i++) {
            e[i] = new Edge();
        }
    }
 
    // 初始化集合号为自身
    static void Init(int n) {
        for (int i = 1; i <= n; i++)
            fa[i] = i;
    }
 
    // 合并
    static int Merge(int a, int b) {
        int p = fa[a];
        int q = fa[b];
        if (p == q) return 0;
        for (int i = 1; i <= n; i++) { // 检查所有结点，把集合号是 q 的改为 p
            if (fa[i] == q)
                fa[i] = p; // a 的集合号赋值给 b 集合号
        }
        return 1;
    }
 
    // 求最小生成树
    static int Kruskal(int n) {
        int ans = 0;
        Collections.sort(edgeList);
        for (int i = 0; i < m; i++)
            if (Merge(edgeList.get(i).u, edgeList.get(i).v) == 1) {
                ans += edgeList.get(i).w;
                n--;
                if (n == 1)//n-1次合并算法结束
                    return ans;
            }
        return 0;
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        n = scanner.nextInt();
        m = scanner.nextInt();
        Init(n);
        for (int i = 1; i <= m; i++) {
            e[i].u = scanner.nextInt();
            e[i].v = scanner.nextInt();
            e[i].w = scanner.nextInt();
            edgeList.add(e[i]);
        }
        System.out.println("最小的花费是：" + Kruskal(n));
    }
}
 
class Edge implements Comparable {
    int u;
    int w;
    int v;
 
    @Override
    public int compareTo(Object o) {
        if (this.w > ((Edge) o).w) {
            return 1;
        } else if (this.w == ((Edge) o).w) {
            return 0;
        } else {
            return -1;
        }
    }
}