个人觉得这个博客把这个算法说的比较详细了,直接搬过来吧,我再阐述一遍的话没有人家说的好,还容易说错。
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最小树形图,就是给有向带权图中指定一个特殊的点root,求一棵以root为根的有向生成树T,并且T中所有边的总权值最小。最小树形图的第一个算法是1965年朱永津和刘振宏提出的复杂度为O(VE)的算法。
判断是否存在树形图的方法很简单,只需要以v为根作一次图的遍历就可以了,所以下面的算法中不再考虑树形图不存在的情况。
在所有操作开始之前,我们需要把图中所有的自环全都清除。很明显,自环是不可能在任何一个树形图上的。只有进行了这步操作,总算法复杂度才真正能保证是O(VE)。
首先为除根之外的每个点选定一条入边,这条入边一定要是所有入边中最小的。现在所有的最小入边都选择出来了,如果这个入边集不存在有向环的话,我们可以证明这个集合就是该图的最小树形图。这个证明并不是很难。如果存在有向环的话,我们就要将这个有向环所称一个人工顶点,同时改变图中边的权。假设某点u在该环上,并设这个环中指向u的边权是in[u],那么对于每条从u出发的边(u, i, w),在新图中连接(new, i, w)的边,其中new为新加的人工顶点; 对于每条进入u的边(i, u, w),在新图中建立边(i, new, w-in[u])的边。为什么入边的权要减去in[u],这个后面会解释,在这里先给出算法的步骤。然后可以证明,新图中最小树形图的权加上旧图中被收缩的那个环的权和,就是原图中最小树形图的权。
上面结论也不做证明了。现在依据上面的结论,说明一下为什么出边的权不变,入边的权要减去in [u]。对于新图中的最小树形图T,设指向人工节点的边为e。将人工节点展开以后,e指向了一个环。假设原先e是指向u的,这个时候我们将环上指向u的边 in[u]删除,这样就得到了原图中的一个树形图。我们会发现,如果新图中e的权w'(e)是原图中e的权w(e)减去in[u]权的话,那么在我们删除掉in[u],并且将e恢复为原图状态的时候,这个树形图的权仍然是新图树形图的权加环的权,而这个权值正是最小树形图的权值。所以在展开节点之后,我们得到的仍然是最小树形图。逐步展开所有的人工节点,就会得到初始图的最小树形图了。
如果实现得很聪明的话,可以达到找最小入边O(E),找环 O(V),收缩O(E),其中在找环O(V)这里需要一点技巧。这样每次收缩的复杂度是O(E),然后最多会收缩几次呢?由于我们一开始已经拿掉了所有的自环,我门可以知道每个环至少包含2个点,收缩成1个点之后,总点数减少了至少1。当整个图收缩到只有1个点的时候,最小树形图就不不用求了。所以我们最多只会进行V-1次的收缩,所以总得复杂度自然是O(VE)了。由此可见,如果一开始不除去自环的话,理论复杂度会和自环的数目有关。
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下面是朱刘算法的构造图
下面是POJ 3164的代码
POJ 3164
#include<iostream>
#include<cmath>
#define INF 1000000000
using namespace std;
double map[110][110];
bool visit[110],circle[110];
int pre[110];
int n,m;
struct PT
{
double x,y;
}p[110];
double dist(int i,int j)
{
return sqrt((p[i].x-p[j].x)*(p[i].x-p[j].x)+(p[i].y-p[j].y)*(p[i].y-p[j].y));
}
void dfs(int t)
{
if(visit[t])
return ;
visit[t]=1;
for(int i=1;i<=n;i++)
if(map[t][i]<INF)
dfs(i);
}
bool connect()//深搜,判断是否存在最小树形图
{
dfs(1);
for(int i=1;i<=n;i++)
if(!visit[i])
return 0;
return 1;
}
double solve()
{
double ans=0;
int i,j,k;
memset(circle,0,sizeof(circle));//如果某点被删掉,那么circle[i]=1
while(1)
{
for(i=2;i<=n;i++)//求出每个点的最小入边
{
if(circle[i])
continue;
map[i][i]=INF;
pre[i]=i;
for(j=1;j<=n;j++)
{
if(circle[j])
continue;
if(map[j][i]<map[pre[i]][i])
pre[i]=j;
}
}
for(i=2;i<=n;i++)//遍历找环
{
if(circle[i])
continue;
j=i;
memset(visit,0,sizeof(visit));
while(!visit[j]&&j!=1)
{
visit[j]=1;
j=pre[j];
}
if(j==1)//j==1说明i不在环上
continue;
i=j;//找到了环
ans+=map[pre[i]][i];
for(j=pre[i];j!=i;j=pre[j])
{
ans+=map[pre[j]][j];
circle[j]=1;//用环上一点i代表此环,其他点删去,即circle[j]=1
}
for(j=1;j<=n;j++)
{
if(circle[j])
continue;
if(map[j][i]<INF)
map[j][i]-=map[pre[i]][i];//更新j的入边
}
for(j=pre[i];j!=i;j=pre[j])//环上所有点的最优边为人工顶点的边
{
for(k=1;k<=n;k++)
{
if(circle[k])
continue;
if(map[j][k]<INF)
map[i][k]=min(map[i][k],map[j][k]);
if(map[k][j]<INF)
map[k][i]=min(map[k][i],map[k][j]-map[pre[j]][j]);
}
}
break;
}
if(i>n)
{
for(j=2;j<=n;j++)
{
if(circle[j])
continue;
ans+=map[pre[j]][j];
}
break;
}
}
return ans;
}
int main()
{
int i,j;
int a,b;
while(scanf("%d%d",&n,&m)!=EOF)
{
for(i=1;i<=n;i++)
scanf("%lf%lf",&p[i].x,&p[i].y);
for(i=1;i<=n;i++)
for(j=1;j<=n;j++)
map[i][j]=INF;
for(i=1;i<=m;i++)
{
scanf("%d%d",&a,&b);
map[a][b]=dist(a,b);
}
memset(visit,0,sizeof(visit));
if(!connect())
printf("poor snoopy\n");
else printf("%.2lf\n",solve());
}
return 0;
}