C语言,输入边数、结点数和权重,构建带权无向图的邻接矩阵存储结构,分别用普里姆算法和克鲁斯卡尔算法生成该图的最小生成树
时间: 2024-02-23 21:03:28 浏览: 122
最小生成树有很多种生成方法,主要有普利姆算法和克鲁斯卡尔算法,通过C语言easyx图形库实现
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首先,我们可以使用二维数组来表示邻接矩阵。假设边数为E,结点数为V,则邻接矩阵的大小为V*V。我们可以定义一个如下的结构体来表示一条边:
```
struct Edge {
int src, dest, weight;
};
```
接下来,我们先来看普里姆算法。该算法的基本思想是从一个任意结点开始,逐步加入与当前最小生成树相邻的边,直到生成一棵包含所有结点的最小生成树。具体实现步骤如下:
1. 初始化一个空的最小生成树集合MST和一个空的结点集合visited。
2. 随机选择一个结点v,将其加入visited集合中。
3. 从visited集合中的所有结点出发,找到一条权重最小的边,该边的另一端结点不在visited集合中,将该边加入MST集合中,并将该边的另一端结点加入visited集合中。
4. 重复步骤3,直到visited集合包含所有结点。
下面是普里姆算法的C代码实现:
```c
void primMST(int graph[V][V]) {
int parent[V]; // 存储最小生成树中每个结点的父结点
int key[V]; // 存储每个结点到最小生成树的距离
bool visited[V]; // 标记每个结点是否已加入最小生成树
// 初始化key数组和visited数组
for (int i = 0; i < V; i++) {
key[i] = INT_MAX;
visited[i] = false;
}
// 选择第一个结点作为起点
key[0] = 0;
parent[0] = -1;
for (int i = 0; i < V - 1; i++) {
// 找到距离最近的结点
int u = minKey(key, visited);
visited[u] = true;
// 更新与u相邻的结点的key值和parent
for (int v = 0; v < V; v++) {
if (graph[u][v] && !visited[v] && graph[u][v] < key[v]) {
parent[v] = u;
key[v] = graph[u][v];
}
}
}
// 输出最小生成树
printMST(parent, graph);
}
```
其中,minKey函数用于找到距离最近的结点,代码如下:
```c
int minKey(int key[], bool visited[]) {
int min = INT_MAX, min_index;
for (int i = 0; i < V; i++) {
if (!visited[i] && key[i] < min) {
min = key[i];
min_index = i;
}
}
return min_index;
}
```
最后,我们需要实现一个函数来输出最小生成树。代码如下:
```c
void printMST(int parent[], int graph[V][V]) {
printf("最小生成树:\n");
for (int i = 1; i < V; i++) {
printf("%d - %d: %d\n", parent[i], i, graph[i][parent[i]]);
}
}
```
接下来,我们来看克鲁斯卡尔算法。该算法的基本思想是先将所有边按照权重从小到大排序,然后依次加入到最小生成树中,直到生成一棵包含所有结点的最小生成树。具体实现步骤如下:
1. 将所有边按照权重从小到大排序。
2. 初始化一个空的最小生成树集合MST,以及一个空的并查集。
3. 依次从排好序的边中取出一条边,如果该边的两个端点不在同一个连通块中,就将该边加入MST集合中,并将该边的两个端点合并到同一个连通块中。
4. 重复步骤3,直到MST集合包含所有结点。
下面是克鲁斯卡尔算法的C代码实现:
```c
void kruskalMST(struct Edge edges[]) {
int parent[V]; // 存储最小生成树中每个结点的父结点
for (int i = 0; i < V; i++) {
parent[i] = i;
}
int e = 0, i = 0;
struct Edge result[V];
// 按照边的权重从小到大排序
qsort(edges, E, sizeof(edges[0]), compare);
while (e < V - 1 && i < E) {
// 取出一条边
struct Edge next_edge = edges[i++];
// 找到该边的两个端点所在的连通块
int x = find(parent, next_edge.src);
int y = find(parent, next_edge.dest);
// 如果两个端点不在同一个连通块中,将该边加入MST集合中
if (x != y) {
result[e++] = next_edge;
union_(parent, x, y);
}
}
// 输出最小生成树
printMST(result);
}
```
其中,find函数用于查找一个结点所在的连通块,代码如下:
```c
int find(int parent[], int i) {
while (parent[i] != i) {
i = parent[i];
}
return i;
}
```
union_函数用于合并两个连通块,代码如下:
```c
void union_(int parent[], int x, int y) {
int xset = find(parent, x);
int yset = find(parent, y);
parent[xset] = yset;
}
```
最后,我们需要实现一个函数来输出最小生成树。代码如下:
```c
void printMST(struct Edge result[]) {
printf("最小生成树:\n");
for (int i = 0; i < V - 1; i++) {
printf("%d - %d: %d\n", result[i].src, result[i].dest, result[i].weight);
}
}
```
这样,我们就完成了使用普里姆算法和克鲁斯卡尔算法生成带权无向图的最小生成树的任务。
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