用python编写程序,用Kruskal算法计算出无向图的最小生成树。 输入:无 输出:生成树的每条边及生成树的权值之和。
时间: 2024-02-27 11:53:33 浏览: 65
好的,我可以帮你解决这个问题。首先,为了使用Kruskal算法,我们需要先实现一个无向图类。以下是一个简单的实现:
```python
class Graph:
def __init__(self, vertices):
self.vertices = vertices
self.edges = []
def add_edge(self, u, v, w):
self.edges.append((u, v, w))
def find(self, parent, i):
if parent[i] == i:
return i
return self.find(parent, parent[i])
def union(self, parent, rank, x, y):
xroot = self.find(parent, x)
yroot = self.find(parent, y)
if rank[xroot] < rank[yroot]:
parent[xroot] = yroot
elif rank[xroot] > rank[yroot]:
parent[yroot] = xroot
else:
parent[yroot] = xroot
rank[xroot] += 1
```
其中,`vertices`表示图中所有顶点的列表,`edges`表示图中所有边的列表。`add_edge`方法用于向图中添加一条边,`u`和`v`是边的两个端点,`w`是边的权重。
接下来,我们可以实现Kruskal算法来计算最小生成树。以下是实现代码:
```python
def kruskal(graph):
result = []
i, e = 0, 0
graph.edges = sorted(graph.edges, key=lambda item: item[2])
parent = []
rank = []
for node in range(graph.vertices):
parent.append(node)
rank.append(0)
while e < graph.vertices - 1:
u, v, w = graph.edges[i]
i = i + 1
x = graph.find(parent, u)
y = graph.find(parent, v)
if x != y:
e = e + 1
result.append((u, v, w))
graph.union(parent, rank, x, y)
print("Minimum Spanning Tree:")
for u, v, weight in result:
print("(%d, %d, %d)" % (u, v, weight))
total_weight = sum(weight for _, _, weight in result)
print("Total weight:", total_weight)
```
在这个实现中,我们首先对图中所有边按权重从小到大进行排序,然后初始化一个空的最小生成树列表`result`,以及一个`parent`和一个`rank`列表,用于记录每个顶点所属的集合及其树的高度。然后,我们循环处理每一条边,如果这条边的两个端点不在同一个集合中,则将它们合并到一个集合中,并将这条边添加到最小生成树列表中。最后,我们输出最小生成树的每条边及其权重之和。
最后,我们可以在程序中调用`kruskal`函数来计算无向图的最小生成树。例如,我们可以这样定义一个无向图:
```python
g = Graph(4)
g.add_edge(0, 1, 10)
g.add_edge(0, 2, 6)
g.add_edge(0, 3, 5)
g.add_edge(1, 3, 15)
g.add_edge(2, 3, 4)
kruskal(g)
```
执行这段代码,程序会输出以下结果:
```
Minimum Spanning Tree:
(2, 3, 4)
(0, 3, 5)
(0, 1, 10)
Total weight: 19
```
这就是无向图的最小生成树及其权重之和。
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