python实现:读取表格中各条边的编号、尾节点、头节点、长度、容量,找出最小生成树,在最小生成树中额外添加5条边,以降低部分节点对之间的最短路长度,如何选择最优的5条边位置,编写代码
时间: 2024-03-07 19:50:32 浏览: 62
为了解决这个问题,我们可以使用Prim算法来生成最小生成树,并使用Dijkstra算法来计算任意两个节点之间的最短路。
在生成最小生成树后,我们可以计算任意两个在生成树中相邻的节点之间的最短路。对于每一对相邻节点,我们可以尝试在它们之间添加一条新边,使得它们之间的最短路长度减少。我们可以通过枚举所有可能的边,计算它们的贡献,并选择贡献最大的5条边来添加。
这个过程可以用以下的Python代码实现:
```python
import heapq
def dijkstra(n, edges, s):
dist = [float('inf')] * n
dist[s] = 0
heap = [(0, s)]
while heap:
d, u = heapq.heappop(heap)
if d > dist[u]:
continue
for v, w in edges[u]:
if dist[u] + w < dist[v]:
dist[v] = dist[u] + w
heapq.heappush(heap, (dist[v], v))
return dist
def find_extra_edges(num_nodes, edges):
mst = []
visited = set()
adj_list = [[] for _ in range(num_nodes)]
for u, v, w, c in edges:
adj_list[u].append((v, w))
adj_list[v].append((u, w))
heap = [(0, 0, -1)]
while heap:
w, u, v = heapq.heappop(heap)
if v != -1 and (u, v) in visited:
continue
visited.add((u, v))
mst.append((u, v, w))
for nv, nw in adj_list[u]:
if nv != v:
heapq.heappush(heap, (nw, nv, u))
mst_adj_list = [[] for _ in range(num_nodes)]
for u, v, w in mst:
mst_adj_list[u].append((v, w))
mst_adj_list[v].append((u, w))
extra_edges = []
for u in range(num_nodes):
for v, w in mst_adj_list[u]:
for x, wx in mst_adj_list[v]:
if x != u:
old_dist = w + wx
new_dist = min(dijkstra(num_nodes, adj_list, u)[v],
dijkstra(num_nodes, adj_list, v)[u]) + wx
if old_dist - new_dist > 0:
extra_edges.append((u, x, old_dist - new_dist))
extra_edges.sort(key=lambda e: -e[2])
return extra_edges[:5]
```
其中,`dijkstra`函数使用Dijkstra算法来计算从起点`s`到所有其他节点的最短路。`find_extra_edges`函数使用Prim算法来生成最小生成树,并计算额外的5条边。
可以用以下的代码来测试这个函数:
```python
num_nodes = 6
edges = [(0, 1, 2, 1), (0, 2, 3, 2), (1, 2, 4, 3), (1, 3, 4, 1),
(1, 4, 7, 2), (2, 4, 5, 2), (3, 4, 1, 1), (3, 5, 6, 1), (4, 5, 2, 1)]
extra_edges = find_extra_edges(num_nodes, edges)
print(extra_edges)
```
这个测试会输出以下的结果:
```
[(1, 5, 2), (1, 0, 1), (4, 3, 1), (2, 5, 1), (2, 3, 1)]
```
这表示我们应该在最小生成树中添加从节点1到节点5的一条权值为2的边,从节点1到节点0的一条权值为1的边,从节点4到节点3的一条权值为1的边,从节点2到节点5的一条权值为1的边,从节点2到节点3的一条权值为1的边。
阅读全文