生成最小树普利姆算法
1.6最小生成树及其算法
如果生成树T *的权 w(T * ) 是 G 的所有生成树的权中最 小者，则称 T * 是 G 的最小生成树，简称为最小树，即
w(T * ) min{w(T )}，式中取遍 G 的所有生成树T .
T
介绍最小树的两种算法： Kruskal算法（或避圈法）和破圈法.
A. Kruskal算法（或避圈法）
b)广探法 例用广探法求出下图10的一棵生成树 步骤如下： i) 在点集V中任取一点u, 给u以标号0. ii) 令所有标号i的点集为 Vi,检查[Vi,V\Vi]中的边端点 是否均已标号. 对所有未标 号之点均标以i+1,记下这些 边. iii) 对标号i+1的点重复步 步骤ii)，直到全部点得到 标号为止.
步 骤
u
L( b)
L( c)
L( d)
L( e)
L(f)
L( g)
e
V
T0
C(T 0)
1 2 3 4
a b e c
4 － － －
15 9 5 －
32 25
7 7 － －
28 28 28 (a, b) (a, e)
{a} {a, b} {a, b, e}
{(a, b)} {(a, b), (a, e)} {(a, b), (a, e), (c, e)}
(5)T T {e k }, k，t t 1, k k 1, 转（ ） 3
例5.3 用Kruskal算法求下图的最小生成树。
解：将图的边按照权值从小到大进行排列,列 出下表
边 (a, b) (c, e) (a, e) (b, c) (d, g) (a, c)
3) 当第2)步不能继续执行时，则停止. 定理5.3 由Kruskal算法构作的任何生成树都是 最小树。
Prime算法
3.将<u,v>加入 G0中可得一个环，且 <u,v> 不是该环的最长边(这是因为 <u,v> ∈ Gmin)
4.这与prime每次生成最短边矛盾
5.故假设不成立，命题得证.
5. 时间复杂度
Edge* Fun(int **graph,int length){
//length个点，（length-1）条边
int* V=(int*)calloc(length,sizeof(int));
Edge* E=(Edge*)malloc((length-1)*sizeof(Edge));
//先设起始点，置1说明入队列
（3）找到AB，加入队列V=[A,D,F,B]；E=[AD,DF,AB]
……
（5）找到EG，加入队列V=[A,D,F,B,E,C,G]；E=[AD,DF,AB,BE,EC,EG]
//边
struct Edge{
int start;
int end;
int length;
};
//需要传入图邻接矩阵graph，点的个数length
Prime
1. 概述
普里姆算法（Prim算法），图论中的一种算法，可在加权连通图里搜索最小生成树。意即由此算法搜索到的边子集所构成的树中，不但包括了连通图里的所有顶点（英语：Vertex (graph theory)），且其所有边的权值之和亦为最小。该算法于1930年由捷克数学家沃伊捷赫·亚尔尼克（英语：Vojtěch Jarník）发现；并在1957年由美国计算机科学家罗伯特·普里姆（英语：Robert C. Prim）独立发现；1959年，艾兹格·迪科斯彻再次发现了该算法。因此，在某些场合，普里姆算法又被称为DJP算法、亚尔尼克算法或普里姆－亚尔尼克算法。
最小生成树经典算法
最小生成树的两种经典算法的分析及实现摘要：数据结构是计算机科学的算法理论基础和软件设计的技术基础，在计算机领域中有着举足轻重的作用，是计算机学科的核心课程。
构造最小生成树有很多算法，本文主要介绍了图的概念、图的遍历，并分析了PRIM和KRUSKAL的两种经典算法的算法思想，对两者进行了详细的比较，最后用这两种经典算法实现了最小生成树的生成。
关键词：连通图，赋权图，最小生成树，算法，实现1 前言假设要在n个城市之间建立通信联络网，则连接n个城市只需要n-1条线路。
这时，自然会考虑这样一个问题，如何在节省费用的前提下建立这个通信网？自然在每两个城市之间都可以设置一条线路，而这相应的就要付出较高的经济代价。
n个城市之间最多可以设置n （n-1）/2条线路，那么如何在这些可能的线路中选择n-1 条使总的代价最小呢？可以用连通网来表示n 个城市以及n个城市之间可能设置的通信线路，其中网的顶点表示城市，边表示两个城市之间的线路，赋予边的权值表示相应的代价。
对于n个顶点的连通网可以建立许多不同的生成树，每一个生成树都可以是一个通信网。
现在要选择这样一棵生成树，也就是使总的代价最小。
这个问题便是构造连通网的最小代价生成树（简称最小生成树）的问题。
一棵生成树的代价就是树上各边的代价之和。
2图的概念2.1 定义无序积在无序积中，无向图，其中为顶点(结点)集，为边集，，中元素为无向边，简称边。
有向图，其中为顶点(结点)集，为边集，，中元素为有向边，简称边。
有时，泛指有向图或无向图。
2.2 图的表示法有向图，无向图的顶点都用小圆圈表示。
无向边——连接顶点的线段。
有向边——以为始点，以为终点的有向线段。
2.3 概念(1)有限图——都是有限集的图。
阶图——的图。
零图——的图。
特别，若又有，称平凡图。
(2)关联 (边与点关系)——设边(或)，则称与(或)关联。
无环孤立点——无边关联的点。
环——一条边关联的两个顶点重合，称此边为环 (即两顶点重合的边)。
PRIM算法求最小生成树
xx学院《数据结构与算法》课程设计报告书课程设计题目 PRIM算法求最小生成树院系名称计算机科学与技术系专业（班级）姓名（学号）指导教师完成时间一、问题分析和任务定义在该部分中主要包括两个方面：问题分析和任务定义；1 问题分析本次课程设计是通过PRIM（普里姆）算法，实现通过任意给定网和起点，将该网所对应的所有生成树求解出来。
在实现该本设计功能之前，必须弄清以下三个问题：1．1 关于图、网的一些基本概念1．1．1 图图G由两个集合V和E组成，记为G=（V，E），其中V是顶点的有穷非空集合，E是V中顶点偶对的有穷集，这些顶点偶对称为边。
通常，V（G）和E（G）分别表示图G的顶点集合和边集合。
E（G）也可以为空集。
则图G只有顶点而没有边。
1．1．2 无向图对于一个图G，若边集E（G）为无向边的集合，则称该图为无向图。
1．1．3 子图设有两个图G=（V，E）G’=（V’，）,若V’是V的子集，即V’⊆V ，且E’是E的子集，即E’⊆E，称G’是G的子图。
1．1．4 连通图若图G中任意两个顶点都连通，则称G为连通图。
1．1．5 权和网在一个图中，每条边可以标上具有某种含义的数值，该数值称为该边的权。
把边上带权的图称为网。
如图1所示。
1．2 理解生成树和最小生成树之间的区别和联系1．2．1 生成树在一个连通图G中，如果取它的全部顶点和一部分边构成一个子图G’，即：V（G’）= V（G）和E（G’）⊆E（G），若边集E（G’）中的边既将图中的所有顶点连通又不形成回路，则称子图G’是原图G的一棵生成树。
1．2．2 最小生成树图的生成树不是唯一的，把具有权最小的生成树称为图G的最小生成树，即生成树中每条边上的权值之和达到最小。
如图1所示。
图1．网转化为最小生成树1．3 理解PRIM（普里姆）算法的基本思想1．3．1 PRIM算法（普里姆算法）的基本思想假设G =（V，E）是一个具有n个顶点的连通网，T=(U,TE)是G的最小生成树，其中U是T的顶点集，TE是T的边集，U和TE的初值均为空集。
最小生成树---普里姆算法（Prim算法）和克鲁斯卡尔算法（Kruskal算法）
最⼩⽣成树---普⾥姆算法（Prim算法）和克鲁斯卡尔算法（Kruskal算法）最⼩⽣成树的性质：MST性质（假设N=(V,{E})是⼀个连通⽹，U是顶点集V的⼀个⾮空⼦集，如果（u，v）是⼀条具有最⼩权值的边，其中u属于U，v属于V-U，则必定存在⼀颗包含边（u，v）的最⼩⽣成树）普⾥姆算法（Prim算法)思路：以点为⽬标构建最⼩⽣成树1.将初始点顶点u加⼊U中，初始化集合V-U中各顶点到初始顶点u的权值；2.根据最⼩⽣成树的定义：从n个顶点中，找出 n - 1条连线，使得各边权值最⼩。
循环n-1次如下操作：（1）从数组lowcost[k]中找到vk到集合U的最⼩权值边，并从数组arjvex[k] = j中找到该边在集合U中的顶点下标(2)打印此边，并将vk加⼊U中。
（3）通过查找邻接矩阵Vk⾏的各个权值，即vk点到V-U中各顶点的权值，与lowcost的对应值进⾏⽐较，若更⼩则更新lowcost，并将k存⼊arjvex数组中以下图为例#include<bits/stdc++.h>using namespace std;#define MAXVEX 100#define INF 65535typedef char VertexType;typedef int EdgeType;typedef struct {VertexType vexs[MAXVEX];EdgeType arc[MAXVEX][MAXVEX];int numVertexes, numEdges;}MGraph;void CreateMGraph(MGraph *G) {int m, n, w; //vm-vn的权重wscanf("%d %d", &G->numVertexes, &G->numEdges);for(int i = 0; i < G->numVertexes; i++) {getchar();scanf("%c", &G->vexs[i]);}for(int i = 0; i < G->numVertexes; i++) {for(int j = 0; j < G->numVertexes; j++) {if(i == j) G->arc[i][j] = 0;else G->arc[i][j] = INF;}}for(int k = 0; k < G->numEdges; k++) {scanf("%d %d %d", &m, &n, &w);G->arc[m][n] = w;G->arc[n][m] = G->arc[m][n];}}void MiniSpanTree_Prim(MGraph G) {int min, j, k;int arjvex[MAXVEX]; //最⼩边在 U集合中的那个顶点的下标int lowcost[MAXVEX]; // 最⼩边上的权值//初始化,从点 V0开始找最⼩⽣成树Tarjvex[0] = 0; //arjvex[i] = j表⽰ V-U中集合中的 Vi点的最⼩边在U集合中的点为 Vjlowcost[0] = 0; //lowcost[i] = 0表⽰将点Vi纳⼊集合 U ，lowcost[i] = w表⽰ V-U中 Vi点到 U的最⼩权值for(int i = 1; i < G.numVertexes; i++) {lowcost[i] = G.arc[0][i];arjvex[i] = 0;}//根据最⼩⽣成树的定义：从n个顶点中，找出 n - 1条连线，使得各边权值最⼩for(int i = 1; i < G.numVertexes; i++) {min = INF, j = 1, k = 0;//寻找 V-U到 U的最⼩权值minfor(j; j < G.numVertexes; j++) {// lowcost[j] != 0保证顶点在 V-U中，⽤k记录此时的最⼩权值边在 V-U中顶点的下标if(lowcost[j] != 0 && lowcost[j] < min) {min = lowcost[j];k = j;}}}printf("V[%d]-V[%d] weight = %d\n", arjvex[k], k, min);lowcost[k] = 0; //表⽰将Vk纳⼊ U//查找邻接矩阵Vk⾏的各个权值，与lowcost的对应值进⾏⽐较，若更⼩则更新lowcost，并将k存⼊arjvex数组中for(int i = 1; i < G.numVertexes; i++) {if(lowcost[i] != 0 && G.arc[k][i] < lowcost[i]) {lowcost[i] = G.arc[k][i];arjvex[i] = k;}}}int main() {MGraph *G = (MGraph *)malloc(sizeof(MGraph));CreateMGraph(G);MiniSpanTree_Prim(*G);}/*input:4 5abcd0 1 20 2 20 3 71 2 42 3 8output:V[0]-V[1] weight = 2V[0]-V[2] weight = 2V[0]-V[3] weight = 7最⼩总权值: 11*/时间复杂度O(n^2)克鲁斯卡尔算法（Kruskal算法）思路：以边为⽬标进⾏构建最⼩⽣成树在边集中依次寻找最⼩权值边，若构建是不形成环路（利⽤parent数组记录各点的连通分量），则将其添加到最⼩⽣成树中。
最小生成树问题课程设计
最小生成树问题课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解最小生成树的概念，掌握其定义及性质；2. 学会运用普里姆（Prim）算法和克鲁斯卡尔（Kruskal）算法求解最小生成树问题；3. 了解最小生成树在实际问题中的应用，如网络设计、电路设计等。
技能目标：1. 能够运用普里姆和克鲁斯卡尔算法解决最小生成树问题，并进行算法分析；2. 能够运用所学知识解决实际问题，具备一定的算法设计能力；3. 能够通过合作与交流，提高问题分析和解决问题的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对数据结构与算法的兴趣，激发学习热情；2. 培养学生的团队合作意识，学会倾听、尊重他人意见；3. 培养学生面对问题勇于挑战、积极进取的精神。
课程性质：本课程为计算机科学与技术专业的高年级课程，旨在帮助学生掌握图论中的最小生成树问题及其求解方法。
学生特点：学生具备一定的编程基础和图论知识，对算法有一定的了解，但可能对最小生成树问题尚不熟悉。
教学要求：结合学生特点，采用案例教学、任务驱动等方法，注重理论与实践相结合，培养学生的实际操作能力和创新思维。
通过本课程的学习，使学生能够将所学知识应用于实际问题中，提高解决复杂问题的能力。
二、教学内容1. 最小生成树概念与性质- 定义、性质及定理- 最小生成树的构建方法2. 普里姆算法- 算法原理与步骤- 算法实现与复杂度分析- 举例应用3. 克鲁斯卡尔算法- 算法原理与步骤- 算法实现与复杂度分析- 举例应用4. 最小生成树在实际问题中的应用- 网络设计- 电路设计- 其他领域应用案例5. 算法比较与优化- 普里姆与克鲁斯卡尔算法的比较- 算法优化方法及其适用场景6. 实践环节- 编程实现普里姆和克鲁斯卡尔算法- 分析并解决实际问题- 小组讨论与成果展示教学内容依据课程目标进行选择和组织，注重科学性和系统性。
参考教材相关章节，制定以下教学安排：第1周：最小生成树概念与性质第2周：普里姆算法第3周：克鲁斯卡尔算法第4周：最小生成树在实际问题中的应用第5周：算法比较与优化第6周：实践环节与总结三、教学方法本课程将采用以下多样化的教学方法，以激发学生的学习兴趣和主动性：1. 讲授法：教师通过生动的语言和形象的比喻，对最小生成树的概念、性质、算法原理等基础知识进行讲解，使学生快速掌握课程内容。
普里姆和克鲁斯卡尔算法
前言从学习《数据结构》这门课程开始，我已发现了学习算法的乐趣，在学习这门课的过程中也学到了许多计算机应用基础知识，对计算机的机体也有了一个初步的了解，又在课余时间阅读了大量有关算法设计与分析的图书，在此基础上，利用贪心算法，编写了一个用prim 和kruskal算法求解最小生成树，也以此检验自己一学期所学成果，加深对算法设计与分析这门课程的理解，由于所学知识有限，难免有些繁琐和不完善之处，下面向大家介绍此程序的设计原理，方法，内容及设计的结果。
本程序是在windows 环境下利用Microsoft Visual C++ 6.0所编写的，主要利用贪心算法的思想，以及数组，for语句的循环，if语句的嵌套，运用以上所学知识编写出的prim和kruskal算法求解最小生成树，在输入其边的起始位置，种植位置以及权值后，便可分别输出此网的prim和kruskal算法最小生成树的边的起始位置，终止位置以及权值。
正文2.1 设计方法和内容一.软件环境：Microsoft Visual C++ 6.0二.详细设计思想：所谓贪心算法是指，在对问题求解时，总是做出在当前看来是最好的选择。
也就是说，不从整体最优上加以考虑，他所做出的仅是在某种意义上的局部最优解。
贪心算法不是对所有问题都能得到整体最优解，但对范围相当广泛的许多问题他能产生整体最优解或者是整体最优解的近似解。
贪心算法的基本思路如下：1.建立数学模型来描述问题。
2.把求解的问题分成若干个子问题。
3.对每一子问题求解，得到子问题的局部最优解。
4.把子问题的解局部最优解合成原来解问题的一个解。
1.Prim（普里姆）算法思想无向网的最小生成树问题此算法的思想是基于点的贪心，力求从源点到下一个点的距离最短，以此来构建临接矩阵，所以此算法的核心思想是求得源点到下一个点的最短距离，下面具体解释如何求此最短距离：在图中任取一个顶点k作为开始点，令集合U={k},集合w=V-U,其中v为图中所有顶点的集合，然后找出：一个顶点在集合U中，另一个顶点在集合W中的所有边中，权值最短的一条边，，并将该边顶点全部加入集合U中，并从W中删去这些顶点，然后重新调整U中顶点到W中顶点的距离，使之保持最小，在重复此过程，直到W为空集为止，求解过程如下：由图可知最小生成树的步骤，假设开始顶点就选为1，故首先有u=｛1｝，w={2,3,4,5}。
普里姆算法
使用不同的遍历图的方法，可以得到不同 的生成树；从不同的顶点出发，也可能得 到不同的生成树。
按照生成树的定义，n 个顶点的连通网络 的生成树有 n 个顶点、n-1 条边。
构造最小生成树的准则 必须使用且仅使用该网络中的n-1 条边 来联结网络中的 n 个顶点； 不能使用产生回路的边； 各边上的权值的总和达到最小。
采用邻接矩阵作为图的存储表示。
28
01
01
01
10 14 16 10
10
5 6 25 6 25 6 2
25 24 18 12
25
4 22 3
43
43
原图
(a)
(b)
01
01
01
10
10
10 14 16
5 6 25 6 25 6 2
25
4 22 3
(c)
25
12 25
12
4 22 3
4 22 3
(d)
普里姆(Pபைடு நூலகம்im)算法
普里姆算法的基本思想： 从连通网络 N = { V, E }中的某一顶点 u0 出 发, 选择与它关联的具有最小权值的边 ( u0, v ), 将其顶点加入到生成树顶点集合U中。 以后每一步从一个顶点在 U 中,而另一个 顶点不在 U 中的各条边中选择权值最小的 边(u, v), 把它的顶点加入到集合 U 中。如 此继续下去, 直到网络中的所有顶点都加入 到生成树顶点集合 U 中为止。
(e) (f)
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#include<stdio.h>
#include<iostream.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
//
typedef struct{
int arcs[20][20];
int vexs[20];
int vexnum,arcnum;
}MGraph;
//****************确定输入结点的位置************* int LocateVex(MGraph G,int V)
{
for(int i=0;i<G.vexnum;i++)
if(V==G.vexs[i])
{
return i;
break;
}
if(i==G.vexnum)
cout<<"No find the vex"<<endl;
return -1;
}
//********************新建无向网****************** void CreateUDN(MGraph &G)
{
cout<<"输入结点数、边数:";
cin>>G.vexnum>>G.arcnum;
cout<<"输入各结点:";
for(int i=0;i<G.vexnum;i++)
cin>>G.vexs[i];
for(i=0;i<G.vexnum;i++)
for(int j=0;j<G.vexnum;j++)
G. arcs[i][j]=100000;
cout<<"输入各边的两顶点及权值:";
int V1,V2;
int w,j;
for(int k=0;k<G.arcnum;k++)
{
cin>>V1>>V2>>w;
i=LocateVex(G,V1);j=LocateVex(G,V2);
G.arcs[i][j]=G.arcs[j][i]=w;
}
}
//
struct{
int adjvex;//结点
int lowcost;//结点的权值
}closedge[20];
//****************生成普利姆最小树****************
void MiniSpanTree_PRIM(MGraph G,int v)
{
int k;
k=LocateVex(G,v);
for(int j=0;j<G.vexnum ;j++)
if(j!=k)
{
closedge[j].adjvex=v;
closedge[j].lowcost=G.arcs [k][j];
}
closedge[k].lowcost=0;
for(int i=1;i<G.vexnum ;i++){
//k=minimum(closedge);
//***********************************************//
//********************寻找下一个结点***************
int min;
for(j=0;j<G.vexnum ;j++)
if(closedge[j].lowcost!=0)
{
min=j;
break;
}
for(j=j+1;j<G.vexnum;j++)
if(closedge[j].lowcost!=0)
if(closedge[j].lowcost<closedge[min].lowcost)
min=j;
k=min;
//**************************************************//
cout<<"输出生成树的边："<<endl;
cout<<closedge[k].adjvex<<" "<<G.vexs[k]<<" "<<endl;
closedge[k].lowcost=0;
//*******************************************************//
//****************重新选择最小边*************************
for(j=0;j<G.vexnum;j++)
if(G.arcs[k][j]<closedge[j].lowcost)
{
closedge[j].adjvex=G.vexs[k];
closedge[j].lowcost=G.arcs[k][j];
}
//********************************************************// }
}
void main()
{
int i,v;
MGraph G;CreateUDN(G);
cout<<"put vex:"<<endl;
for(i=0;i<G.vexnum;i++)
cout<<G.vexs [i]<<" ";
cout<<endl;
cout<<"从结点v开始：v=";
cin>>v;
MiniSpanTree_PRIM( G, v);
}。