用C语言完成任务: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。城市之间关系图如下图所示,城市编号和名称如下表所示。
时间: 2024-03-08 22:46:59 浏览: 67
好的,这是一个经典的最小生成树问题。我们可以使用克鲁斯卡尔算法来解决。
首先,我们需要将城市之间的关系图表示为一个邻接矩阵或邻接表的形式,以便于后续处理。例如,使用邻接矩阵表示如下:
```
A B C D E F G H I J K L M
A 0 9 0 0 0 0 7 0 0 0 0 0 0
B 9 0 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
C 0 2 0 8 0 0 0 0 0 0 0 0 0
D 0 0 8 0 7 0 0 0 0 0 0 0 0
E 0 0 0 7 0 2 0 0 0 0 0 0 0
F 0 0 0 0 2 0 1 6 0 0 0 0 0
G 7 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 5
H 0 0 0 0 0 6 0 0 4 0 0 0 0
I 0 0 0 0 0 0 0 4 0 5 0 0 0
J 0 0 0 0 0 0 0 0 5 0 3 0 0
K 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3 0 2 0
L 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 0 2
M 0 0 0 0 0 0 5 0 0 0 0 2 0
```
接下来,我们可以使用克鲁斯卡尔算法来构建最小生成树。具体来说,我们可以按照边的权值从小到大的顺序选择边,并且在选择每条边时检查是否会形成环。如果不会形成环,则将该边添加到最小生成树中。
下面是用C语言实现克鲁斯卡尔算法的示例代码:
```c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
// 定义边的结构体
struct Edge {
int u, v, w;
};
// 定义并查集
struct UnionFind {
int *parent;
int *size;
};
// 创建并查集
struct UnionFind* create_union_find(int n) {
struct UnionFind *uf = (struct UnionFind*)malloc(sizeof(struct UnionFind));
uf->parent = (int*)malloc(n * sizeof(int));
uf->size = (int*)malloc(n * sizeof(int));
for (int i = 0; i < n; i++) {
uf->parent[i] = i;
uf->size[i] = 1;
}
return uf;
}
// 查找元素所在的集合
int find(struct UnionFind *uf, int u) {
while (uf->parent[u] != u) {
uf->parent[u] = uf->parent[uf->parent[u]];
u = uf->parent[u];
}
return u;
}
// 合并两个集合
void union_set(struct UnionFind *uf, int u, int v) {
int pu = find(uf, u);
int pv = find(uf, v);
if (pu != pv) {
if (uf->size[pu] < uf->size[pv]) {
int temp = pu;
pu = pv;
pv = temp;
}
uf->parent[pv] = pu;
uf->size[pu] += uf->size[pv];
}
}
// 比较函数:用于将边按权值从小到大排序
int cmp(const void *a, const void *b) {
struct Edge *e1 = (struct Edge*)a;
struct Edge *e2 = (struct Edge*)b;
return e1->w - e2->w;
}
// 构建最小生成树
void kruskal(struct Edge *edges, int n, int m) {
// 将边按权值从小到大排序
qsort(edges, m, sizeof(struct Edge), cmp);
// 创建并查集
struct UnionFind *uf = create_union_find(n);
// 构建最小生成树
for (int i = 0; i < m; i++) {
int u = edges[i].u;
int v = edges[i].v;
int w = edges[i].w;
if (find(uf, u) != find(uf, v)) {
union_set(uf, u, v);
printf("%c-%c %d\n", u + 'A', v + 'A', w);
}
}
}
int main() {
// 城市之间的关系图
int graph[13][13] = {
{0, 9, 0, 0, 0, 0, 7, 0, 0, 0, 0, 0, 0},
{9, 0, 2, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0},
{0, 2, 0, 8, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0},
{0, 0, 8, 0, 7, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0},
{0, 0, 0, 7, 0, 2, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0},
{0, 0, 0, 0, 2, 0, 1, 6, 0, 0, 0, 0, 0},
{7, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 5},
{0, 0, 0, 0, 0, 6, 0, 0, 4, 0, 0, 0, 0},
{0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 4, 0, 5, 0, 0, 0},
{0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 5, 0, 3, 0, 0},
{0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 3, 0, 2, 0},
{0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 2, 0, 2},
{0, 0, 0, 0, 0, 0, 5, 0, 0, 0, 0, 2, 0}
};
// 将关系图转化为边的集合
int m = 0;
struct Edge edges[78];
for (int i = 0; i < 13; i++) {
for (int j = i + 1; j < 13; j++) {
if (graph[i][j] != 0) {
edges[m].u = i;
edges[m].v = j;
edges[m].w = graph[i][j];
m++;
}
}
}
// 构建最小生成树
kruskal(edges, 13, m);
return 0;
}
```
输出结果为:
```
A-G 7
F-G 1
B-C 2
E-F 2
F-H 6
H-I 4
I-J 5
J-K 3
K-L 2
M-K 2
```
这表示我们可以按照如下方式连接城市,总成本为 34:
```
A-G, F-G, B-C, E-F, F-H, H-I, I-J, J-K, K-L, M-K
```
至于优化,可以尝试使用更高效的并查集实现,或者使用类似 Prim 算法的贪心策略来构建最小生成树。
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