在n个城市之间建设网络,只需保证连通即可,求最经济的架设方法。存储结构自定。要求用克鲁什卡尔算法求解,如有优化,要有优化过程,用C语言实现
时间: 2024-03-08 19:49:30 浏览: 52
以下是基于 C 语言实现 Kruskal 算法的示例代码,其中使用了路径压缩和按秩合并两种优化方式:
```c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
typedef struct {
int u, v, w;
} Edge;
int cmp(const void *a, const void *b) {
return ((Edge *)a)->w - ((Edge *)b)->w;
}
int find(int *parent, int x) {
if (parent[x] != x) {
parent[x] = find(parent, parent[x]);
}
return parent[x];
}
void union_by_rank(int *parent, int *rank, int x, int y) {
int px = find(parent, x);
int py = find(parent, y);
if (px == py) {
return;
}
if (rank[px] < rank[py]) {
parent[px] = py;
} else if (rank[px] > rank[py]) {
parent[py] = px;
} else {
parent[px] = py;
rank[py]++;
}
}
Edge *kruskal(int n, Edge *edges, int m, int *count) {
Edge *result = (Edge *)malloc((n - 1) * sizeof(Edge));
int *parent = (int *)malloc(n * sizeof(int));
int *rank = (int *)calloc(n, sizeof(int));
int i, j, k = 0;
for (i = 0; i < n; i++) {
parent[i] = i;
}
qsort(edges, m, sizeof(Edge), cmp);
for (i = 0, j = 0; i < n - 1 && j < m; j++) {
if (find(parent, edges[j].u) != find(parent, edges[j].v)) {
union_by_rank(parent, rank, edges[j].u, edges[j].v);
result[k++] = edges[j];
i++;
}
}
*count = k;
free(parent);
free(rank);
return result;
}
int main(void) {
int n, m, i, count;
printf("Enter number of cities: ");
scanf("%d", &n);
m = n * (n - 1) / 2;
Edge *edges = (Edge *)malloc(m * sizeof(Edge));
k = 0;
for (i = 0; i < n - 1; i++) {
int j;
for (j = i + 1; j < n; j++) {
int w;
printf("Enter cost of connecting city %d and city %d: ", i + 1, j + 1);
scanf("%d", &w);
edges[k++] = (Edge){i, j, w};
}
}
Edge *result = kruskal(n, edges, m, &count);
printf("Minimum spanning tree:\n");
for (i = 0; i < count; i++) {
printf("(%d, %d): %d\n", result[i].u + 1, result[i].v + 1, result[i].w);
}
free(edges);
free(result);
return 0;
}
```
在实现中,我们首先定义了一个 `Edge` 结构体来表示一条边,然后实现了一个 `cmp` 函数来对边按照权值从小到大排序。
接着,我们实现了 `find` 函数来查找节点的根节点,并使用路径压缩优化。我们还实现了 `union_by_rank` 函数来按照节点的秩进行合并,并使用按秩合并优化。
最后,我们实现了 `kruskal` 函数来实现 Kruskal 算法,使用了上述两种优化方式。在函数中,我们首先初始化并查集,并将所有边按照权值从小到大排序。然后依次取出每条边,如果这条边所连接的两个城市尚未连通,则将它们连通,并将这条边加入最小生成树中。最后返回最小生成树中的所有边。
在 `main` 函数中,我们首先读入城市数量和每个城市之间的连接成本。然后使用 Kruskal 算法求解最小生成树,并输出结果。
注意,由于 Kruskal 算法的时间复杂度为 $O(m\log m)$,其中 $m$ 是边的数量,因此在输入城市数量较大时,时间复杂度可能会比较高。如果需要优化,可以考虑使用 Prim 算法等其他最小生成树算法。
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