Kruskal算法
Kruskal算法和Prim算法
Kruskal算法和Prim算法本节所阐述的两种最小生成树算法是上节所介绍的一般算法的细化。
每个算法均采用一特定规则来确定GENERIC-MST算法第3行所描述的安全边；在Kruskal算法中，集合A是一森林，加大集合A中的安全边总是图中连结两不同连通支的最小权边。
在Prim算法中，集合A仅形成单棵树。
添加入集合A的安全边总是连结树与一非树结点的最小权边。
Kruskal算法Kruskal算法是直接基于上一节中给出的一般最小生成树算法的基础之上的。
该算法找出森林中连结任意两棵树的所有边中具有最小权值的边(u,v)作为安全边，并把它添加到正在生长的森林中。
设C1和C2表示边(u,v)连结的两棵树。
因为(u,v)必是连C1和其他某棵树的一条轻边，所以由推论2可知(u,v)对C1是安全边。
Kruskal算法同时也是一种贪心算法，因为算法每一步添加到森林中的边的权值都尽可能小。
Kruskal算法的实现类似于计算连通支的算法。
它使用了分离集合数据结构以保持数个互相分离的元素集合。
每一集合包含当前森林中某个树的结点，操作FIND-SET(u)返回包含u的集合的一个代表元素，因此我们可以通过FIND-SET(v)来确定两结点u和v是否属于同一棵树，通过操作UNION来完成树与树的联结。
MST-KRUSKAL(G,w)1. A←∅2. for 每个结点v V[G]3. do MAKE-SET(v)4. 根据权w的非递减顺序对E的边进行排序5. for 每条边(u,v)∈E，按权的非递减次序6. do if FIND-SET(u) ≠ FIND-SET(v)7. then A←A∪{(u,v)}8. UNION(u,v)9 return AKruskal算法的工作流程如图4所示。
阴影覆盖的边属于正在生成的森林A。
算法按权的大小顺序考察各边。
箭头指向算法每一步所考察到的边。
第1-3行初始化集合A为空集并建立|V|棵树，每裸树包含图的一个结点。
Kruskal算法
最小生成树的Kruskal算法Kruskal算法基本思想：每次选不属于同一连通分量(保证不生成圈)且边权值最小的顶点，将边加入MST，并将所在的2个连通分量合并，直到只剩一个连通分量排序使用Quicksort(O(eloge))检查是否在同一连通分量用Union-Find，每次Find和union运算近似常数Union-Find使用rank启发式合并和路径压缩总复杂度O(eloge)=O(elogv) (因为e<n(n-1)/2)}constmaxn=100;maxe=maxn*maxn;typeedge=recorda,b :integer; //边的2个顶点len :integer; //边的长度end;varedges :array[0..maxe]of edge; //保存所有边的信息p,r :array[0..maxn]of integer; //p保存i的父亲节点，r用来实现Union-Find的rank启发式n,e :integer; //n为顶点数，e为边数procedure swap(a,b:integer); //交换beginedges[0]:=edges[a];edges[a]:=edges[b];edges[b]:=edges[0];end;procedure quicksort(l,r:integer); //快速排序varx,i,j :integer;beginx:=edges[random(r-l+1)+l].len;i:=l;j:=r;repeatwhile edges[i].len<x do inc(i);while edges[j].len>x do dec(j);if i<=j thenbeginswap(i,j);inc(i);dec(j);enduntil i>j;if l<j then quicksort(l,j);if i<r then quicksort(i,r);end;procedure init;vari :integer;beginassign(input,'g.in');reset(input);readln(n,e);for i:=1 to e do readln(edges[i].a,edges[i].b,edges[i].len); //从文件读入图的信息for i:=1 to n do p[i]:=i; //初始化并查集randomize;quicksort(1,e); //使用快速排序将边按权值从小到大排列end;function find(x:integer):integer; //并查集的Find，用来判断2个顶点是否属于一个连通分量beginif x<>p[x] then p[x]:=find(p[x]);find:=p[x]end;procedure union(a,b:integer); //如果不属于且权值最小则将2个顶点合并到一个连通分量vart :integer;begina:=find(a);b:=find(b);if r[a]>r[b] then begin t:=a;a:=b;b:=t end;if r[a]=r[b]then inc(r[a]);p[a]:=b;end;procedure kruskal; //主过程varen :integer; //en为当前边的编号count :integer; //统计进行了几次合并。
库鲁斯卡尔(Kruskal)算法
贪心策略是指从问题的初始状态出发，通过若干次的贪心选择而得出最优值(或较优解)的一种解题方法。
Ⅰ、库鲁斯卡尔（Kruskal）算法【定义4】设图G=（V，E）是一简单连通图，｜V｜ =n,｜E｜=m,每条边ei都给以权W ，W 假定是边e 的长度（其他的也可以），i=1，2，3，...，m。
求图G的总长度最短的树，这就是最短树问题。
kruskal算法的基本思想是：首先将赋权图G的边按权的升序排列，不失一般性为：e ,e ,......,e 。
其中W ≤W ，然后在不构成回路的条件下择优取进权最小的边。
其流程如下：（1）对属于E的边进行排序得e ≤e ≤...... ≤e 。
（2）初始化操作 w←0，T←ф，k←0，t←0；（3）若t=n-1，则转（6），否则转（4）（4）若T∪｛e ｝构成一回路，则作【k←k+1，转（4）】（5） T←T∪{ e }，w←w+ w ，t←t+1，k←k+1，转（3）（6）输出T，w，停止。
下面我们对这个算法的合理性进行证明。
设在最短树中，有边〈v ，v 〉，连接两顶点v ，v ，边〈v ，v 〉的权为wp，若〈v ，v 〉加入到树中不能保证树的总长度最短，那么一定有另一条边〈v ，v 〉或另两条边〈v ，v 〉、〈v ，v 〉，且w<vi，vj><wp或w<vi，vk>+w〈vk，vj〉<wp，因为〈v ，v 〉、〈v ，v 〉不在最短树中，可知当〈v ，v 〉、〈v ，v 〉加入到树中时已构成回路，此时程序终止。
因为〈v ，v 〉∈ T，〈v ，v 〉∈T且w〈vI，vk〉+w〈vk，vj〉<w p，与程序流程矛盾。
普林（Prim）算法：Kruskal算法采取在不构成回路的条件下，优先选择长度最短的边作为最短树的边，而Prim则是采取了另一种贪心策略。
已知图G=（V，E），V={v ，v ，v ，...， v }，D=（d ）是图G的矩阵，若〈v ，v 〉∈E，则令dij=∞，并假定dij=∞Prim算法的基本思想是：从某一顶点（设为v ）开始，令S←｛v ｝，求V/S中点与S中点v 距离最短的点，即从矩阵D的第一行元素中找到最小的元素，设为d ，则令S ←S∪ { v }，继续求V/S中点与S的距离最短的点，设为v ,则令S←S∪{ v }，继续以上的步骤，直到n个顶点用n-1条边连接起来为止。
kruskal算法
kruskal算法百科名片K r u s k a l算法每次选择n- 1条边，所使用的贪婪准则是：从剩下的边中选择一条不会产生环路的具有最小耗费的边加入已选择的边的集合中。
注意到所选取的边若产生环路则不可能形成一棵生成树。
K r u s k a l算法分e 步，其中e 是网络中边的数目。
按耗费递增的顺序来考虑这e 条边，每次考虑一条边。
当考虑某条边时，若将其加入到已选边的集合中会出现环路，则将其抛弃，否则，将它选入。
目录[隐藏]Kruskal算法普里姆算法（prim算法）Kruskal算法普里姆算法（prim算法）[编辑本段]Kruskal算法算法定义克鲁斯卡尔算法假设WN=(V,{E}) 是一个含有n 个顶点的连通网，则按照克鲁斯卡尔算法构造最小生成树的过程为：先构造一个只含n 个顶点，而边集为空的子图，若将该子图中各个顶点看成是各棵树上的根结点，则它是一个含有n 棵树的一个森林。
之后，从网的边集 E 中选取一条权值最小的边，若该条边的两个顶点分属不同的树，则将其加入子图，也就是说，将这两个顶点分别所在的两棵树合成一棵树；反之，若该条边的两个顶点已落在同一棵树上，则不可取，而应该取下一条权值最小的边再试之。
依次类推，直至森林中只有一棵树，也即子图中含有n-1条边为止。
举例描述初始时没有任何边被选择。
边（ 1 , 6）是最先选入的边，它被加入到欲构建的生成树中，得到图1 3 - 1 2 c。
下一步选择边（3，4）并将其加入树中（如图1 3 - 1 2 d所示）。
然后考虑边( 2，7 ，将它加入树中并不会产生环路，于是便得到图1 3 - 1 2 e。
下一步考虑边（2，3）并将其加入树中（如图1 3 - 1 2 f所示）。
在其余还未考虑的边中，（7，4）具有最小耗费，因此先考虑它，将它加入正在创建的树中会产生环路，所以将其丢弃。
此后将边（5，4）加入树中，得到的树如图13-12g 所示。
下一步考虑边（7，5），由于会产生环路，将其丢弃。
2.kruskal算法求解最小生成树算法
Kruskal算法是一种用于求解最小生成树的算法，它的主要特点是按边的权值大小进行排序，并逐步添加边，直到构成一棵生成树为止。
在实际应用中，Kruskal算法通常被用来解决各种最小生成树的问题，比如公路修建、通信网络的建设、电路板的设计等等。
本文将着重介绍Kruskal算法的原理、步骤和具体应用，以期为读者提供全面的了解和指导。
一、Kruskal算法的原理Kruskal算法是一种基于贪心策略的算法，它通过不断地选择边来构建生成树，直到所有的顶点都被包含在生成树中。
其基本原理可以概括如下：1. 将图中的所有边按权值大小进行排序。
2. 依次从小到大选择边，并检查是否形成环路。
3. 如果没有形成环路，则将该边添加到生成树中。
Kruskal算法的核心思想是“先小后大”，即先选择权值较小的边，直到所有的顶点都被包含在生成树中。
由于Kruskal算法是基于边来构建生成树的，因此它适用于稀疏图和稠密图，而且在实际应用中通常具有较好的效率。
二、Kruskal算法的步骤Kruskal算法的具体步骤可以简单总结为以下几个步骤：1. 初始化：将图中的所有边按权值大小进行排序。
2. 创建一个空的数组T来存储最小生成树的边。
3. 依次从排序后的边集合中选择边e，并检查是否添加e会形成环路。
4. 如果不形成环路，则将边e添加到数组T中。
5. 直到T中包含了n-1条边为止，其中n为顶点的个数。
三、Kruskal算法的具体实现下面我们通过一个简单的示例来说明Kruskal算法的具体实现步骤。
示例：假设有如下的图G和边集合E：顶点集合V：{A, B, C, D, E, F, G, H}边集合E：{(A, B, 4), (A, H, 8), (B, C, 8), (B, H, 11), (C, D, 7), (C, F, 4), (C, I, 2), (D, E, 9), (D, F, 14), (E, F, 10), (F, G, 2), (G, H, 1), (G, I, 6), (H, I, 7)}我们可以按照如下的步骤来求解最小生成树：1. 首先对边集合E进行按权值的排序：(E, F, 2), (G, H, 1), (C, I, 2), (A, B, 4), (C, F, 4), (H, I, 7), (C, D, 7), (D, E, 9), (A, H, 8), (B, C, 8), (G, I, 6), (B, H, 11), (D, F, 14)2. 初始化一个空的数组T来存储最小生成树的边，初始化一个数组parent来记录每个顶点的父节点。
Kruskal算法
1. Kruskal算法(1) 算法思想K r u s k a l算法每次选择n- 1条边，所使用的贪婪准则是：从剩下的边中选择一条不会产生环路的具有最小耗费的边加入已选择的边的集合中。
注意到所选取的边若产生环路则不可能形成一棵生成树。
K r u s k a l算法分e 步，其中e 是网络中边的数目。
按耗费递增的顺序来考虑这e 条边，每次考虑一条边。
当考虑某条边时，若将其加入到已选边的集合中会出现环路，则将其抛弃，否则，将它选入。
初始时没有任何边被选择。
边（ 1 , 6）是最先选入的边，它被加入到欲构建的生成树中，得到图1 3 - 1 2 c。
下一步选择边（ 3，4）并将其加入树中（如图1 3 - 1 2 d所示）。
然后考虑边( 2，7 ，将它加入树中并不会产生环路，于是便得到图1 3 - 1 2 e。
下一步考虑边（ 2，3）并将其加入树中（如图1 3 - 1 2 f所示）。
在其余还未考虑的边中，（7，4）具有最小耗费，因此先考虑它，将它加入正在创建的树中会产生环路，所以将其丢弃。
此后将边（ 5，4）加入树中，得到的树如图13-12g 所示。
下一步考虑边（ 7，5），由于会产生环路，将其丢弃。
最后考虑边（ 6，5）并将其加入树中，产生了一棵生成树，其耗费为9 9。
图1 - 1 3给出了K r u s k a l算法的伪代码。
(2)C代码/* Kruskal.cCopyright (c) 2002, 2006 by ctu_85All Rights Reserved.*//* I am sorry to say that the situation of unconnected graph is not concerned */#include "stdio.h"#define maxver 10#define maxright 100int G[maxver][maxver],record=0,touched[maxver][maxver];int circle=0;int FindCircle(int,int,int,int);int main(){int path[maxver][2],used[maxver][maxver];int i,j,k,t,min=maxright,exsit=0;int v1,v2,num,temp,status=0;restart:printf("Please enter the number of vertex(s) in the graph:\n"); scanf("%d",&num);if(num>maxver||num<0){printf("Error!Please reinput!\n");goto restart;}for(j=0;j<num;j++)for(k=0;k<num;k++){if(j==k){G[j][k]=maxright;used[j][k]=1;touched[j][k]=0;}elseif(j<k){re:printf("Please input the right between vertex %d and vertex %d,if no edge exists please input -1:\n",j+1,k+1);scanf("%d",&temp);if(temp>=maxright||temp<-1){printf("Invalid input!\n");goto re;}if(temp==-1)temp=maxright;G[j][k]=G[k][j]=temp;used[j][k]=used[k][j]=0;touched[j][k]=touched[k][j]=0;}}for(j=0;j<num;j++){path[j][0]=0;path[j][1]=0;}for(j=0;j<num;j++){status=0;for(k=0;k<num;k++)if(G[j][k]<maxright){status=1;break;}if(status==0)break;}for(i=0;i<num-1&&status;i++){for(j=0;j<num;j++)for(k=0;k<num;k++)if(G[j][k]<min&&!used[j][k]){v1=j;v2=k;min=G[j][k];}if(!used[v1][v2]){used[v1][v2]=1;used[v2][v1]=1;touched[v1][v2]=1;touched[v2][v1]=1;path[0]=v1;path[1]=v2;for(t=0;t<record;t++)FindCircle(path[t][0],path[t][0],num,path[t][0]);if(circle){/*if a circle exsits,roll back*/circle=0;i--;exsit=0;touched[v1][v2]=0;touched[v2][v1]=0;min=maxright;}else{record++;min=maxright;}}}if(!status)printf("We cannot deal with it because the graph is not connected!\n"); else{for(i=0;i<num-1;i++)printf("Path %d:vertex %d to vertex %d\n",i+1,path[0]+1,path[1]+1); }return 1;}int FindCircle(int start,int begin,int times,int pre){ /* to judge whether a circle is produced*/int i;for(i=0;i<times;i++)if(touched[begin]==1){if(i==start&&pre!=start){circle=1;return 1;break;}elseif(pre!=i)FindCircle(start,i,times,begin);elsecontinue;}return 1;}。
库鲁斯卡尔(Kruskal)算法
贪心策略是指从问题的初始状态出发，通过若干次的贪心选择而得出最优值(或较优解)的一种解题方法。
Ⅰ、库鲁斯卡尔（Kruskal）算法【定义4】设图G=（V，E）是一简单连通图，｜V｜ =n,｜E｜=m,每条边ei都给以权W ，W 假定是边e 的长度（其他的也可以），i=1，2，3，...，m。
求图G的总长度最短的树，这就是最短树问题。
kruskal算法的基本思想是：首先将赋权图G的边按权的升序排列，不失一般性为：e ,e ,......,e 。
其中W ≤W ，然后在不构成回路的条件下择优取进权最小的边。
其流程如下：（1）对属于E的边进行排序得e ≤e ≤...... ≤e 。
（2）初始化操作 w←0，T←ф，k←0，t←0；（3）若t=n-1，则转（6），否则转（4）（4）若T∪｛e ｝构成一回路，则作【k←k+1，转（4）】（5） T←T∪{ e }，w←w+ w ，t←t+1，k←k+1，转（3）（6）输出T，w，停止。
下面我们对这个算法的合理性进行证明。
设在最短树中，有边〈v ，v 〉，连接两顶点v ，v ，边〈v ，v 〉的权为wp，若〈v ，v 〉加入到树中不能保证树的总长度最短，那么一定有另一条边〈v ，v 〉或另两条边〈v ，v 〉、〈v ，v 〉，且w<vi，vj><wp或w<vi，vk>+w〈vk，vj〉<wp，因为〈v ，v 〉、〈v ，v 〉不在最短树中，可知当〈v ，v 〉、〈v ，v 〉加入到树中时已构成回路，此时程序终止。
因为〈v ，v 〉∈ T，〈v ，v 〉∈T且w〈vI，vk〉+w〈vk，vj〉<w p，与程序流程矛盾。
普林（Prim）算法：Kruskal算法采取在不构成回路的条件下，优先选择长度最短的边作为最短树的边，而Prim则是采取了另一种贪心策略。
已知图G=（V，E），V={v ，v ，v ，...， v }，D=（d ）是图G的矩阵，若〈v ，v 〉∈E，则令dij=∞，并假定dij=∞Prim算法的基本思想是：从某一顶点（设为v ）开始，令S←｛v ｝，求V/S中点与S中点v 距离最短的点，即从矩阵D的第一行元素中找到最小的元素，设为d ，则令S ←S∪ { v }，继续求V/S中点与S的距离最短的点，设为v ,则令S←S∪{ v }，继续以上的步骤，直到n个顶点用n-1条边连接起来为止。
kruskal算法回环判断方法
kruskal算法回环判断方法（原创实用版4篇）《kruskal算法回环判断方法》篇1Kruskal 算法是一种用于寻找最小生成树的算法。
在Kruskal 算法中，边按照权重从小到大排序，然后依次将边加入到图中，但要避免形成环。
为了判断是否形成环，Kruskal 算法使用了一种称为“回环判断方法”的技术。
具体来说，在加入一条边之前，需要检查这条边是否与已加入的边形成环。
如果形成环，则这条边不能加入到图中。
回环判断方法的实现可以通过使用并查集数据结构来实现。
具体来说，对于每一条边，都使用一个并查集来记录这条边所连接的顶点属于哪个连通分量。
在加入一条边之前，需要检查这条边的两个端点是否属于同一个连通分量。
如果属于同一个连通分量，则说明加入这条边会形成环，不能加入。
《kruskal算法回环判断方法》篇2Kruskal 算法是一种用于寻找最小生成树的算法。
在寻找最小生成树时，需要判断一个树是否是一个回环。
回环是指一个节点通过一条边连接到自己，形成一个环。
Kruskal 算法使用并查集数据结构来维护边集，并使用disjoint sets data structure 来判断是否存在回环。
在disjoint sets data structure 中，每个节点代表一个连通分量(也可以理解为森林中的一个组成部分),每个节点的父节点是指向它的连通分量的根节点。
当加入一条新边时，需要将这条边的两个端点的节点合并到同一个连通分量中。
如果这条边的两个端点已经在同一个连通分量中，那么就说明存在回环。
具体实现时，可以使用一个数组来记录每个节点的父节点，当加入一条新边时，需要遍历这条边的两个端点的父节点，如果它们相同，就说明存在回环。
以下是一个示例代码:``` pythonclass DisjointSet:def __init__(self):self.size = 0self.parent = [None] * (100000 + 1)def find(self, x):if self.parent[x] is None:return xelse:return self.find(self.parent[x])def union(self, x, y):x_root = self.find(x)y_root = self.find(y)if x_root == y_root:#存在回环returnelse:if self.size[x_root] < self.size[y_root]:self.size[x_root] += self.size[y_root]self.parent[x_root] = x_rootelse:self.size[y_root] += self.size[x_root]self.parent[y_root] = x_root```在以上代码中，`self.size[i]` 表示连通分量i 的大小，`self.parent[i]` 表示连通分量i 的根节点。
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Kruskal 算法构造最小生成树
构造赋权图(,,)G V E W =，其中12{,,,}n V v v v = 为顶点集合,其中i v 表示第i 个顶点，12{,,,,}i E e e e = 为边的集合，()ij n n W w ⨯=为邻接矩阵，其中
i j i j ij i j v v v v w v v ∈⎧⎪=⎨∞⎪⎩顶点与之间的距离，当（，）
E ，与之间没有边时
科茹斯克尔（Kruskal ）算法如下： （1）选1e E ∈（E 为边的集合），使得1e 是权重最小的边。
（2）若12,,e i e e …，已选好，则从12{,,e }i E e e -…，中选取1i e +，使得 i ）121{,,e }i e e +…，中无圈，且 ii ）是1i e +是12{,,e }i E e e -…，中权重最小的边。
（3）直到选得1V e - 为止。
(V 是集合V 中元素的个数)
例：已知9个村庄之间的两两距离见表5，要架设通讯线路把9个村庄连接起来，求所需要通讯线的最小长度。
表5 10个村庄的两两距离数据（单位：km ）
(,,)G V E W =，其中129{,,
,}V v v v = 为顶点集合,其中i v 表示第i 个村庄，12{,,,,}i E e e e = 为边的集合，99()ij W w ⨯=为邻接矩阵，其中
i j i j ij i j v v v v w v v ∈⎧⎪=⎨∞⎪⎩村庄与之间的距离，当（，）
E ，与之间没有通讯路线时
科茹斯克尔（Kruskal ）算法如下： （1）选1e E ∈（E 为边的集合），使得1e 是距离最小的边。
（2）若12,,e i e e …，已选好，则从12{,,e }i E e e -…，中选取1i e +，使得 i ）121{,,e }i e e +…，中无圈，且 ii ）是1i e +是12{,,e }i E e e -…，中距离最小的边。
（3）直到选得8e 为止。
连通图程序见prim 算法。
clc, clear a=zeros(9);
a=xlsread('data.xls','B2:J10'); a(isnan(a))=0;
a=a'; %转成Matlab 需要的下三角元素 a=sparse(a); %转换为稀疏矩阵
b=graphminspantree(a,'Method','Kruskal') %注意要写Kruskal 算法，否则使用Prim 算法
L=sum(sum(b)) %求最小生成树的权重
view(biograph(b,[],'ShowArrows','off','ShowWeights','on')) %画最小生成树,%Matlab2014B 和2015A,'ShowWeights'有bug,属性值为'off'时没有问。