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c++中如何实现最小生成树_c++最小生成树实现方法

冰火之心
发布: 2025-09-26 10:05:02
原创
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Prim算法适合稠密图,从起始点扩展,用优先队列优化实现O((V+E)logV);Kruskal算法适合稀疏图,按边权排序并用并查集避免环,实现O(E log E)。

c++中如何实现最小生成树_c++最小生成树实现方法

在C++中实现最小生成树(Minimum Spanning Tree, MST)主要有两种经典算法:Prim算法和Kruskal算法。它们适用于不同场景,下面分别介绍其实现方法和适用情况。

Prim算法实现最小生成树

Prim算法适合稠密图(边数较多),基于贪心策略,从一个起始点开始逐步扩展生成树。

核心思想: 维护一个已加入生成树的顶点集合,每次选择连接该集合与外部顶点的最小权边。

实现方式: 使用优先队列(堆)优化可提升效率。

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  • 初始化距离数组dist[]为无穷大,dist[0] = 0
  • 使用bool数组标记顶点是否已加入MST
  • 用优先队列存储{距离, 顶点},每次取出最小距离顶点
  • 更新其邻接点的距离值

时间复杂度:O((V + E) log V),适合邻接表存储的图。

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Kruskal算法实现最小生成树

Kruskal算法适合稀疏图(边较少),按边权从小到大排序,逐个加入不形成环的边。

核心思想: 将所有边排序,利用并查集判断是否会产生环。

  • 将图中所有边按权重升序排列
  • 初始化并查集,每个顶点自成一个集合
  • 遍历每条边,若两端点不在同一集合,则加入MST,并合并集合
  • 直到选中V-1条边为止

时间复杂度:O(E log E),主要消耗在排序上。

代码实现要点

实际编码时需注意以下几点:

  • 图可用vector<pair<int, int>>的数组(邻接表)或边列表存储
  • Prim中优先队列用greater实现小根堆:priority_queue<pair<int,int>, vector<...>, greater<...>>
  • Kruskal中并查集需实现find和union操作,建议路径压缩+按秩合并
  • 边结构体可定义为struct Edge { int u, v, w; };

根据输入规模选择合适的数据结构能显著提升性能。

基本上就这些。Prim更适合点少边多的情况,Kruskal逻辑更清晰易实现。选哪种取决于具体问题特征。

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