构建图的最小生成树或求最短路径C语言

时间: 2024-04-13 10:18:40 浏览: 6
最小生成树算法: 使用Prim算法实现: ```c #include <stdio.h> #include <stdbool.h> // bool类型需要用到 #define MAX_VERTICES 100 #define INF 1000000 int num_vertices; // 图中顶点个数 int adj_matrix[MAX_VERTICES][MAX_VERTICES]; // 图的邻接矩阵 void prim(int start_vertex) { bool visited[MAX_VERTICES] = {false}; // 顶点是否已被访问 int distance[MAX_VERTICES]; // 到各顶点的距离 int parent[MAX_VERTICES]; // 生成树的父节点 // 初始化 for (int i = 0; i < num_vertices; i++) { visited[i] = false; distance[i] = INF; parent[i] = -1; } distance[start_vertex] = 0; for (int i = 0; i < num_vertices - 1; i++) { // 循环n-1次,构建n-1条边 int min_distance = INF; int u; // 最小距离对应的顶点编号 // 找到未被访问过的、到起点距离最短的顶点 for (int j = 0; j < num_vertices; j++) { if (!visited[j] && distance[j] < min_distance) { min_distance = distance[j]; u = j; } } visited[u] = true; // 对该顶点进行标记 // 更新与该顶点相邻的顶点到起点的距离 for (int v = 0; v < num_vertices; v++) { if (adj_matrix[u][v] != 0 && !visited[v] && adj_matrix[u][v] < distance[v]) { distance[v] = adj_matrix[u][v]; parent[v] = u; } } } // 输出生成树 printf("生成树:\n"); for (int i = 1; i < num_vertices; i++) { // 从第二个顶点开始,依次输出每个顶点的父节点和边的权值 printf("%d - %d (%d)\n", parent[i], i, adj_matrix[i][parent[i]]); } } int main() { printf("请输入图中顶点个数:"); scanf("%d", &num_vertices); printf("请输入图的邻接矩阵:\n"); for (int i = 0; i < num_vertices; i++) { for (int j = 0; j < num_vertices; j++) { scanf("%d", &adj_matrix[i][j]); } } printf("请输入起点编号:"); int start_vertex; scanf("%d", &start_vertex); prim(start_vertex); return 0; } ``` 使用Kruskal算法实现: ```c #include <stdio.h> #include <stdbool.h> // bool类型需要用到 #define MAX_VERTICES 100 #define INF 1000000 int num_vertices; // 图中顶点个数 int adj_matrix[MAX_VERTICES][MAX_VERTICES]; // 图的邻接矩阵 int parent[MAX_VERTICES]; // 并查集数组 // 并查集查找根节点 int find(int x) { while (parent[x] != -1) { x = parent[x]; } return x; } void kruskal() { int total_weight = 0; // 最小生成树的总权值 int edge_count = 0; // 已选取的边的数量 // 初始化并查集 for (int i = 0; i < num_vertices; i++) { parent[i] = -1; } // 对所有边按权值从小到大排序 struct { int u, v, weight; } edges[num_vertices * num_vertices]; // 边的数组,最多有n^2条边 int count = 0; // 实际边的数量 for (int i = 0; i < num_vertices; i++) { for (int j = i + 1; j < num_vertices; j++) { // 使用邻接矩阵,只需要遍历矩阵的上三角 if (adj_matrix[i][j] != 0) { edges[count].u = i; edges[count].v = j; edges[count].weight = adj_matrix[i][j]; count++; } } } for (int i = 0; i < count - 1; i++) { // 冒泡排序 for (int j = 0; j < count - i - 1; j++) { if (edges[j].weight > edges[j+1].weight) { struct { int u, v, weight; } temp = edges[j]; edges[j] = edges[j+1]; edges[j+1] = temp; } } } // 依次选取权值最小的边,如果两个顶点不在同一个连通分量中,则加入最小生成树 printf("生成树:\n"); while (edge_count < num_vertices - 1) { // 已选取的边的数量小于n-1时,继续选取 int u = edges[edge_count].u; int v = edges[edge_count].v; int weight = edges[edge_count].weight; int root_u = find(u); int root_v = find(v); if (root_u != root_v) { // 如果两个顶点不在同一个连通分量中 parent[root_u] = root_v; // 合并连通分量 printf("%d - %d (%d)\n", u, v, weight); // 输出边 total_weight += weight; // 加上边的权值 } edge_count++; } printf("最小权值和:%d\n", total_weight); } int main() { printf("请输入图中顶点个数:"); scanf("%d", &num_vertices); printf("请输入图的邻接矩阵:\n"); for (int i = 0; i < num_vertices; i++) { for (int j = 0; j < num_vertices; j++) { scanf("%d", &adj_matrix[i][j]); } } kruskal(); return 0; } ``` 最短路径算法: 使用Dijkstra算法实现: ```c #include <stdio.h> #include <stdbool.h> // bool类型需要用到 #define MAX_VERTICES 100 #define INF 1000000 int num_vertices; // 图中顶点个数 int adj_matrix[MAX_VERTICES][MAX_VERTICES]; // 图的邻接矩阵 void dijkstra(int start_vertex) { bool visited[MAX_VERTICES] = {false}; // 顶点是否已被访问 int distance[MAX_VERTICES]; // 起点到各顶点的距离 // 初始化 for (int i = 0; i < num_vertices; i++) { visited[i] = false; distance[i] = INF; } distance[start_vertex] = 0; for (int i = 0; i < num_vertices; i++) { // 循环n次,每次确定一个顶点的最短路径 int min_distance = INF; int u; // 最小距离对应的顶点编号 // 找到未被访问过的、到起点距离最短的顶点 for (int j = 0; j < num_vertices; j++) { if (!visited[j] && distance[j] < min_distance) { min_distance = distance[j]; u = j; } } visited[u] = true; // 对该顶点进行标记 // 更新与该顶点相邻的顶点到起点的距离 for (int v = 0; v < num_vertices; v++) { if (adj_matrix[u][v] != 0 && !visited[v] && distance[u] + adj_matrix[u][v] < distance[v]) { distance[v] = distance[u] + adj_matrix[u][v]; } } } // 输出到各顶点的最短路径 printf("起点到各顶点的最短路径:\n"); for (int i = 0; i < num_vertices; i++) { printf("%d -> %d: %d\n", start_vertex, i, distance[i]); } } int main() { printf("请输入图中顶点个数:"); scanf("%d", &num_vertices); printf("请输入图的邻接矩阵:\n"); for (int i = 0; i < num_vertices; i++) { for (int j = 0; j < num_vertices; j++) { scanf("%d", &adj_matrix[i][j]); } } printf("请输入起点编号:"); int start_vertex; scanf("%d", &start_vertex); dijkstra(start_vertex); return 0; } ``` 使用Bellman-Ford算法实现: ```c #include <stdio.h> #include <stdbool.h> // bool类型需要用到 #define MAX_VERTICES 100 #define INF 1000000 int num_vertices; // 图中顶点个数 int adj_matrix[MAX_VERTICES][MAX_VERTICES]; // 图的邻接矩阵 void bellman_ford(int start_vertex) { int distance[MAX_VERTICES]; // 起点到各顶点的距离 // 初始化 for (int i = 0; i < num_vertices; i++) { distance[i] = INF; } distance[start_vertex] = 0; for (int i = 0; i < num_vertices - 1; i++) { // 循环n-1次,每次松弛n-1条边 for (int u = 0; u < num_vertices; u++) { for (int v = 0; v < num_vertices; v++) { if (adj_matrix[u][v] != 0 && distance[u] + adj_matrix[u][v] < distance[v]) { distance[v] = distance[u] + adj_matrix[u][v]; } } } } // 判断是否存在负权回路 bool has_negative_cycle = false; for (int u = 0; u < num_vertices; u++) { for (int v = 0; v < num_vertices; v++) { if (adj_matrix[u][v] != 0 && distance[u] + adj_matrix[u][v] < distance[v]) { has_negative_cycle = true; break; } } } if (has_negative_cycle) { printf("图中存在负权回路\n"); } else { // 输出到各顶点的最短路径 printf("起点到各顶点的最短路径:\n"); for (int i = 0; i < num_vertices; i++) { printf("%d -> %d: %d\n", start_vertex, i, distance[i]); } } } int main() { printf("请输入图中顶点个数:"); scanf("%d", &num_vertices); printf("请输入图的邻接矩阵:\n"); for (int i = 0; i < num_vertices; i++) { for (int j = 0; j < num_vertices; j++) { scanf("%d", &adj_matrix[i][j]); } } printf("请输入起点编号:"); int start_vertex; scanf("%d", &start_vertex); bellman_ford(start_vertex); return 0; } ```

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