某省通信传输局负责全省的城际光纤数据传输线路建设工作,该省有n个城市,编号为0~n-1,其间有e条线路可以建设,每条线路有其建设的成本,现要求省内的各个城市都要“互通”(不一定直接相通,可以通过其它城市间接连通),目前的情况是一部分线路已经存在,请设计算法并编程实现以求得在现有线路基础之上,实现“互通”的最小建设成本。 具体测试数如下: 城市数量n=7(编号0~6),边的数量m=9,线路(起点、终点)、建设成本、是否已建设有以下四元组序列表示(0,1,6,0)、(0,5,1,0)、(1,2,4,0)、(1,6,3,1)、(2,3,2,0)、(3,4,6,1)、(3,6,5,0)、(4,5,8,0)、(4,6,7,0) 程序运行结果,请按算法过程输出选用的线路信息和最小总成本为13,用C++实现并分析算法时间复杂度
时间: 2024-03-14 12:46:14 浏览: 65
这是一个典型的最小生成树问题,可以使用Kruskal算法或Prim算法来解决。这里我们使用Kruskal算法来实现。
Kruskal算法的基本思想是从小到大选择边加入生成树中,直到所有点都在同一个连通块中为止。具体实现时,可以使用并查集来判断两个点是否在同一个连通块中,并使用优先队列(最小堆)来选择边。
以下是C++实现代码和时间复杂度分析:
```c++
#include <iostream>
#include <vector>
#include <queue>
#include <algorithm>
using namespace std;
// 定义边的结构体
struct Edge {
int from, to, cost;
};
// 定义并查集
struct UnionFind {
vector<int> parent;
UnionFind(int n) {
parent.resize(n);
for (int i = 0; i < n; i++) {
parent[i] = i;
}
}
int find(int x) {
if (parent[x] == x) {
return x;
}
return parent[x] = find(parent[x]);
}
void unite(int x, int y) {
parent[find(x)] = find(y);
}
};
// 定义优先队列的比较函数
struct cmp {
bool operator()(const Edge& a, const Edge& b) {
return a.cost > b.cost;
}
};
int main() {
int n = 7, m = 9;
vector<Edge> edges = {{0, 1, 6}, {0, 5, 1}, {1, 2, 4}, {1, 6, 3}, {2, 3, 2}, {3, 4, 6}, {3, 6, 5}, {4, 5, 8}, {4, 6, 7}};
int ans = 0; // 最小总成本
int cnt = 0; // 已选边数
UnionFind uf(n); // 初始化并查集
priority_queue<Edge, vector<Edge>, cmp> pq; // 初始化优先队列
for (auto edge : edges) {
if (edge.cost == 0) { // 已建设的线路直接加入连通块
uf.unite(edge.from, edge.to);
cnt++;
} else { // 未建设的线路加入优先队列
pq.push(edge);
}
}
while (!pq.empty() && cnt < n - 1) { // 选择边直到所有点在同一个连通块中
Edge edge = pq.top();
pq.pop();
if (uf.find(edge.from) != uf.find(edge.to)) {
uf.unite(edge.from, edge.to);
ans += edge.cost;
cnt++;
cout << "选用线路:" << edge.from << "-" << edge.to << ",成本为:" << edge.cost << endl;
}
}
cout << "最小总成本为:" << ans << endl;
return 0;
}
```
时间复杂度分析:
初始化并查集的时间复杂度为O(n),将已建设的线路加入连通块的时间复杂度为O(m),初始化优先队列的时间复杂度为O(m log m),选择边直到所有点在同一个连通块中的时间复杂度为O(m log n),因此总的时间复杂度为O(m log m)。在本例中,m=9,因此时间复杂度为O(9 log 9),即O(1)级别。
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