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【最小生成树杂题】

时间:2016-11-05 23:31:00      阅读:444      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:注意   打开   stream   pac   prim   main   record   img   print   

  • 这里谈一下最小生成树
  • 生成树的概念:连通图G的一个子图如果是一棵包含G的所有顶点的树,则该子图称为G的生成树。生成树是连通图的极小连通子图。所谓极小是指:若在树中任意增加一条边,则将出现一个回路;若去掉一条边,将会使之变成非连通图。 生成树各边的权值总和称为生成树的权。权最小的生成树称为最小生成树。
  • 最小生成树一个有 n 个结点的连通图的生成树是原图的极小连通子图,且包含原图中的所有 n 个结点,并且有保持图连通的最少的边。常用于求最小生成树得算法包括kruskal(克鲁斯卡尔)算法或Prim(普里姆)算法。
  • 最常用的是kruscal算法。kruscal算法的实质是用贪心策略来求得图的最小生成树。初始状态图中一条边也没有,每个点独立的存在于集合中;每次取出当前边权最小的边,判断能否将此边加入生成树中,判断依据:边的两个端点是否在一个集合中。若两点在一个集合中,则不需加入该边;若两点不在一个集合中,则将两点所在的集合合并,即集合中的点可以互相到达,无需两两之间再建边;如此做直到集合中各个点都联通或边全部枚举完毕;若此图联通,则为最小生成树。保证边权递增可以用快速排序的思想,维护集合关系可以用并查集的思想。排序复杂度O(eloge),枚举复杂度O(e),总体复杂度O(eloge)。
  • 相比于kruscal算法,prim算法比较复杂;同样的是,prim算法也使用了贪心的策略,不过该算法是由点来贪心的。初始时边集u为空,点集v有一个点x,x为任意一点。操作步骤:在所有点中找到一点y,使d[y,r]最小,其中r∈v;把该边加入u,改点加入v,更新答案。如此做直到每个点都在点集中或某些点无法加入点集。若所有点都在点集中,则为最小生成树。枚举每个点加入集合,复杂度O(n),枚举该点与点集的距离,复杂度O(n),总体复杂度O(n2)。若用堆优化枚举距离的过程,复杂度降至O(nlogn)。
  • 下面是关于最小生成树的几道杂题。

 

 

 

Problem 1 最小生成树

 

题目描述

 

如题,给出一个无向图,求出最小生成树,如果该图不连通,则输出orz

 

输入输出格式

输入格式:

 

第一行包含两个整数N、M,表示该图共有N个结点和M条无向边。(N<=5000,M<=200000)

 

接下来M行每行包含三个整数Xi、Yi、Zi,表示有一条长度为Zi的无向边连接结点Xi、Yi

输出格式:

 

输出包含一个数,即最小生成树的各边的长度之和;如果该图不连通则输出orz

 

输入输出样例

 

输入样例#1:
4 5
1 2 2
1 3 2
1 4 3
2 3 4
3 4 3
输出样例#1:
7

 

说明

 

时空限制:1000ms,128M

 

数据规模:

 

对于20%的数据:N<=5,M<=20

 

对于40%的数据:N<=50,M<=2500

 

对于70%的数据:N<=500,M<=10000

 

对于100%的数据:N<=5000,M<=200000

 

样例解释:

 

技术分享

 

所以最小生成树的总边权为2+2+3=7

 

 

 

 

  • 最小生成树模板题,由数据范围可知,kruscal算法即可。复杂度O(mlogm)。

 

 1 #include <cstdio>
 2 #include <iostream>
 3 #include <algorithm>
 4 using namespace std;
 5 
 6 struct bian {
 7     int x,y,a;    
 8 } e[200050];
 9 
10 bool cmp(const bian p,const bian q){
11     return p.a<q.a;
12 }
13 
14 int n,m,ans,t,father[5050];
15 
16 int gf(int x) {
17     if (father[x]==x) return(x);
18     father[x]=gf(father[x]);
19     return(father[x]);
20 }
21 
22 int main(){
23     scanf("%d%d",&n,&m);
24     for (int i=1; i<=m; i++) scanf("%d%d%d",&e[i].x,&e[i].y,&e[i].a);
25     for (int i=1; i<=n; i++) father[i]=i;
26     sort(e+1,e+m+1,cmp);
27     for (int i=1; i<=m; i++) {
28         int fx=gf(e[i].x);
29         int fy=gf(e[i].y);
30         if (fx!=fy) {
31             father[fx]=fy;
32             ans+=e[i].a;
33         }
34     }
35     t=gf(1);
36     bool f=true;
37     for (int i=2; i<=n; i++) {
38         if (gf(i)!=t) {
39             printf("orz");
40             f=0;
41             break;
42         }
43     }
44     if (f) printf("%d",ans);
45     return 0;
46 }

 

 

 

Problem 2 公路修建

 

题目描述

 

某国有n个城市,它们互相之间没有公路相通,因此交通十分不便。为解决这一“行路难”的问题,政府决定修建公路。修建公路的任务由各城市共同完成。

 

修建工程分若干轮完成。在每一轮中,每个城市选择一个与它最近的城市,申请修建通往该城市的公路。政府负责审批这些申请以决定是否同意修建。

 

政府审批的规则如下:

 

(1)如果两个或以上城市申请修建同一条公路,则让它们共同修建;

 

(2)如果三个或以上的城市申请修建的公路成环。如下图,A申请修建公路AB,B申请修建公路BC,C申请修建公路CA。则政府将否决其中最短的一条公路的修建申请;

 

技术分享

 

(3)其他情况的申请一律同意。

 

一轮修建结束后,可能会有若干城市可以通过公路直接或间接相连。这些可以互相:连通的城市即组成“城市联盟”。在下一轮修建中,每个“城市联盟”将被看作一个城市,发挥一个城市的作用。

 

当所有城市被组合成一个“城市联盟”时,修建工程也就完成了。

 

你的任务是根据城市的分布和前面讲到的规则,计算出将要修建的公路总长度。

 

输入输出格式

输入格式:

 

第一行一个整数n,表示城市的数量。(n≤5000)

 

以下n行,每行两个整数x和y,表示一个城市的坐标。(-1000000≤x,y≤1000000)

输出格式:

 

一个实数,四舍五入保留两位小数,表示公路总长。(保证有惟一解)

 

输入输出样例

 

输入样例#1:
4
0 0
1 2
-1 2
0 4
输出样例#1:
6.47

 

说明

 

修建的公路如图所示:技术分享

 

 

 

  • 本题思路比较明确,即求出最小生成树即可。
  • 数据范围,n≤5000。相当于5000*5000条边(kruscal已gg),那只能用prim了。
  • 复杂度O(n2),应该是能通过的。

 

 1 #include <cstdio>
 2 #include <iostream>
 3 #include <algorithm>
 4 #include <cmath>
 5 
 6 int n,x[5050],y[5050];
 7 double d[5050],ans;
 8 bool v[5050];
 9 
10 double cal(int a,int b)
11 {
12      double e1,e2;
13      e1=abs(x[a]-x[b]);e2=abs(y[a]-y[b]);
14      return sqrt(e1*e1+e2*e2);
15 }      
16 
17 int main() {
18     scanf("%d",&n);
19     for (int i=1; i<=n; i++) scanf("%d%d",&x[i],&y[i]);
20     for (int i=2; i<=n; i++) d[i]=cal(1,i);
21     d[1]=0;
22     v[1]=1;
23     for (int i=2; i<=n; i++) {
24         double minn=2147483647;
25         int cur=0;
26         for (int j=1; j<=n; j++) 
27             if (!v[j] && d[j]<minn) {
28                 minn=d[j];
29                 cur=j;
30             }
31         ans=ans+d[cur];
32         v[cur]=1;
33         for (int j=1; j<=n; j++) if (!v[j] && d[j]>cal(cur,j)) d[j]=cal(cur,j);
34     }
35     printf("%.2lf",ans);
36     return 0;
37 }

 

 

Problem 3 清理仓库

题目描述

李老师的仓库已经有很多年没有清扫了,所以这次的计划是用河水来冲。仓库是一个N*M的矩形,且每个格子里都堆满了尘土。相邻的格子之间都有门,要想让水冲进去,就必须打开这些门。这可不是一件容易的事情。因为有些格子里土堆得很高,因此打开门就很费劲。推开(或拉开)一扇从A格子到B格子的门,需要的力度值为B房间里土堆的高度。写一个程序计算至少需要花费多少力气,才能使所有的格子都进水。

输入输出格式

输入格式:

第一行为N和M(N, M <= 40),代表仓库的大小。

以后N行,每行N个整数(每个数不超过100),分别表示每个格子里土堆的厚度。

输出格式:

你得到的结果。所有的格子必须都进水。水是从左上角的格子进去的。

输入输出样例

输入样例#1:
3 4
3 5 2 1
7 3 4 8
1 6 5 7
输出样例#1:
26


  • 一道最小生成树建模的题。由题意,若要两个房间联通,需要打开中间的门,而开门只有两种方式,即推开和拉开,据此建边,求最小生成树即可。
  • 时间复杂度O(n*m*4*log (n*m*4)),可以通过该题。
 1 var
 2     n,m,i,j,k,fx,fy,ans        :longint;
 3     father                    :array[0..2050] of longint;
 4     a                        :array[0..2050] of longint;
 5     l,r,w                    :array[0..10050] of longint;
 6     
 7 procedure swap(var x,y:longint);
 8 var
 9     t                        :longint;
10 begin
11     t:=x;
12     x:=y;
13     y:=t;
14 end;
15     
16 procedure sort(ll,rr:longint);
17 var
18     i,j,x                    :longint;
19 begin
20     i:=ll; j:=rr; x:=w[(ll+rr)>>1];
21     while i<j do
22     begin
23         while w[i]<x do inc(i);
24         while w[j]>x do dec(j);
25         if i<=j then
26         begin
27             swap(w[i],w[j]);
28             swap(l[i],l[j]);
29             swap(r[i],r[j]);
30             inc(i);
31             dec(j);
32         end;
33     end;
34     if i<rr then sort(i,rr);
35     if j>ll then sort(ll,j);
36 end;
37 
38 function min(x,y:longint):longint;
39 begin
40     if x<y then exit(x) else exit(y);
41 end;
42     
43 function gf(x:longint):longint;
44 begin
45     if father[x]=x then exit(x);
46     father[x]:=gf(father[x]);
47     exit(father[x]);
48 end;    
49     
50 begin
51     read(n,m);
52     for i:=1 to n*m do read(a[i]);
53     for i:=1 to n*m do father[i]:=i;
54     for i:=1 to n*m do
55     begin
56         if i mod m<>0 then
57         begin
58             inc(k);
59             l[k]:=i;
60             r[k]:=i+1;
61             w[k]:=min(a[l[k]],a[r[k]]);
62         end;
63         if i<=(n-1)*m then
64         begin
65             inc(k);
66             l[k]:=i;
67             r[k]:=i+m;
68             w[k]:=min(a[l[k]],a[r[k]]);
69         end;
70     end;
71     sort(1,k);
72     for i:=1 to k do
73     begin
74         fx:=gf(l[i]);
75         fy:=gf(r[i]);
76         if fx<>fy then
77         begin
78             father[fx]:=fy;
79             inc(ans,w[i]);
80         end;
81     end;
82     writeln(ans);
83 end.

 

 

 

Problem 4 [NOIP2013] 货车运输

 

题目描述

 

A 国有 n 座城市,编号从 1 到 n,城市之间有 m 条双向道路。每一条道路对车辆都有重量限制,简称限重。现在有 q 辆货车在运输货物, 司机们想知道每辆车在不超过车辆限重的情况下,最多能运多重的货物。

 

输入输出格式

输入格式:

 

输入文件名为 truck.in。

 

输入文件第一行有两个用一个空格隔开的整数 n,m,表示 A 国有 n 座城市和 m 条道

 

路。 接下来 m 行每行 3 个整数 x、 y、 z,每两个整数之间用一个空格隔开,表示从 x 号城市到 y 号城市有一条限重为 z 的道路。意:x 不等于 y,两座城市之间可能有多条道路。

 

接下来一行有一个整数 q,表示有 q 辆货车需要运货。

 

接下来 q 行,每行两个整数 x、y,之间用一个空格隔开,表示一辆货车需要从 x 城市运输货物到 y 城市,注意:x 不等于 y。

输出格式:

 

输出文件名为 truck.out。

 

输出共有 q 行,每行一个整数,表示对于每一辆货车,它的最大载重是多少。如果货

 

车不能到达目的地,输出-1。

 

输入输出样例

 

输入样例#1:
4 3
1 2 4
2 3 3
3 1 1
3
1 3
1 4
1 3
输出样例#1:
3
-1
3

 

说明

 

对于 30%的数据,0 < n < 1,000,0 < m < 10,000,0 < q< 1,000; 对于 60%的数据,0 < n < 1,000,0 < m < 50,000,0 < q< 1,000; 对于 100%的数据,0 < n < 10,000,0 < m < 50,000,0 < q< 30,000,0 ≤ z ≤ 100,000。

 

 

  • 由题意可知本题要求图中联通边尽量大,所以可以想到最大生成树。
  • 首先可以用kruscal算法得到一颗最大生成树,接着要找出两点间连边最小边权的边。比较简单的想法:暴力的求出路径上边的最小值,但复杂度较高,不是理想的策略。我们可以用倍增的想法,维护两点的最近公共祖先(lca)以及它们到最近公共祖先之间的距离。该算法复杂度O(mlogm+qlogn),比较理想,可以通过本题。

 

  1 type
  2     rec                    =record
  3     l,r,w                :longint;
  4 end;
  5 
  6 var
  7     n,m,i,j,x,y,z,q,fx,fy,root,l    :longint;
  8     e                                :array[0..100050] of rec;
  9     pre,last,other,len,d            :array[0..100050] of longint;
 10     vis                                :Array[0..100050] of boolean;
 11     father                            :array[0..100050] of longint;
 12     anc                                :array[0..100050,0..30] of longint;
 13     minn                            :Array[0..100050,0..30] of longint;
 14     
 15 function min(x,y:longint):longint;
 16 begin
 17     if x<y then exit(x) else exit(y);
 18 end;
 19     
 20 procedure swap(var a,b:rec);
 21 var
 22     c                                :rec;
 23 begin
 24     c:=a;
 25     a:=b;
 26     b:=c;
 27 end;
 28     
 29 procedure sort(l,r:longint);
 30 var
 31     i,j,x                            :longint;
 32 begin
 33     i:=l; j:=r; x:=e[(l+r)>>1].w;
 34     while i<j do
 35     begin
 36         while e[i].w<x do inc(i);
 37         while e[j].w>x do dec(j);
 38         if i<=j then
 39         begin
 40             swap(e[i],e[j]);
 41             inc(i);
 42             dec(j);
 43         end;
 44     end;
 45     if i<r then sort(i,r);
 46     if j>l then sort(l,j);
 47 end;
 48 
 49 function gf(x:longint):longint;
 50 begin
 51     if father[x]=x then exit(x);
 52     father[x]:=gf(father[x]);
 53     exit(father[x]);
 54 end;
 55 
 56 procedure add(u,v,r:longint);
 57 begin
 58     inc(l);
 59     pre[l]:=last[u];
 60     last[u]:=l;
 61     other[l]:=v;
 62     len[l]:=r;
 63 end;
 64 
 65 procedure dfs(x:longint);
 66 var
 67     p,q                                :longint;
 68 begin
 69     p:=last[x];
 70     while p<>0 do
 71     begin
 72         q:=other[p];
 73         if (not vis[q]) then
 74         begin
 75             vis[q]:=true;
 76             d[q]:=d[x]+1;
 77             minn[q,0]:=len[p]; 
 78             anc[q,0]:=x;
 79             dfs(q);
 80         end;
 81         p:=pre[p];
 82     end;
 83 end;
 84 
 85 procedure bz;
 86 var
 87     i,j                                :longint;
 88 begin
 89     for j:=1 to 25 do
 90         for i:=1 to n do
 91         begin
 92             minn[i,j]:=min(minn[i,j-1],minn[anc[i,j-1],j-1]);
 93             anc[i,j]:=anc[anc[i,j-1],j-1];
 94         end;
 95 end;
 96 
 97 function lca(u,v:longint):longint;
 98 var
 99     t,ans,i                            :longint;
100 begin
101     if d[u]<d[v] then
102     begin
103         t:=u;
104         u:=v;
105         v:=t;
106     end;
107     ans:=maxlongint;
108     for i:=25 downto 0 do
109     begin
110         if d[anc[u,i]]>=d[v] then 
111         begin
112             ans:=min(ans,minn[u,i]);
113             u:=anc[u,i];
114         end;
115     end;
116     if u=v then exit(ans);
117     for i:=25 downto 0 do
118     begin
119         if (anc[u,i]<>anc[v,i]) then
120         begin
121             ans:=min(ans,minn[u,i]);
122             ans:=min(ans,minn[v,i]);
123             u:=anc[u,i];
124             v:=anc[v,i];
125         end;
126     end;
127     ans:=min(ans,minn[u,0]);
128     ans:=min(ans,minn[v,0]);
129     exit(ans);
130 end;
131     
132 begin
133     read(n,m);
134     for i:=1 to n do father[i]:=i;
135     for i:=1 to m do read(e[i].l,e[i].r,e[i].w);
136     sort(1,m);
137     for i:=m downto 1 do
138     begin
139         fx:=gf(e[i].l);
140         fy:=gf(e[i].r);    
141         if (fx<>fy) then
142         begin
143             father[fx]:=fy;
144             add(e[i].l,e[i].r,e[i].w);
145             add(e[i].r,e[i].l,e[i].w);
146             root:=e[i].l;
147         end;
148     end;
149     d[root]:=1;
150     vis[root]:=true;
151     dfs(root);
152     bz;
153     {writeln(root);
154     for i:=1 to n do
155     begin
156         for j:=0 to 10 do write(anc[i,j]);
157         writeln;
158     end;
159     for i:=1 to n do writeln(d[i]);}
160     read(q);
161     for i:=1 to q do
162     begin
163         read(x,y);
164         if gf(x)<>gf(y) then writeln(-1) else writeln(lca(x,y));
165     end;
166 end.

 

 

【最小生成树杂题】

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原文地址:http://www.cnblogs.com/zoewilly/p/6034034.html

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