個人覺得這個博客把這個算法說的比較詳細了,直接搬過來吧,我再闡述一遍的話沒有人家說的好,還容易說錯。
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最小樹形圖,就是給有向帶權(quán)圖中指定一個特殊的點root,求一棵以root為根的有向生成樹T,并且T中所有邊的總權(quán)值最小。最小樹形圖的第一個算法是1965年朱永津和劉振宏提出的復(fù)雜度為O(VE)的算法。
判斷是否存在樹形圖的方法很簡單,只需要以v為根作一次圖的遍歷就可以了,所以下面的算法中不再考慮樹形圖不存在的情況。
在所有操作開始之前,我們需要把圖中所有的自環(huán)全都清除。很明顯,自環(huán)是不可能在任何一個樹形圖上的。只有進行了這步操作,總算法復(fù)雜度才真正能保證是O(VE)。
首先為除根之外的每個點選定一條入邊,這條入邊一定要是所有入邊中最小的。現(xiàn)在所有的最小入邊都選擇出來了,如果這個入邊集不存在有向環(huán)的話,我們可以證明這個集合就是該圖的最小樹形圖。這個證明并不是很難。如果存在有向環(huán)的話,我們就要將這個有向環(huán)所稱一個人工頂點,同時改變圖中邊的權(quán)。假設(shè)某點u在該環(huán)上,并設(shè)這個環(huán)中指向u的邊權(quán)是in[u],那么對于每條從u出發(fā)的邊(u, i, w),在新圖中連接(new, i, w)的邊,其中new為新加的人工頂點; 對于每條進入u的邊(i, u, w),在新圖中建立邊(i, new, w-in[u])的邊。為什么入邊的權(quán)要減去in[u],這個后面會解釋,在這里先給出算法的步驟。然后可以證明,新圖中最小樹形圖的權(quán)加上舊圖中被收縮的那個環(huán)的權(quán)和,就是原圖中最小樹形圖的權(quán)。
上面結(jié)論也不做證明了?,F(xiàn)在依據(jù)上面的結(jié)論,說明一下為什么出邊的權(quán)不變,入邊的權(quán)要減去in [u]。對于新圖中的最小樹形圖T,設(shè)指向人工節(jié)點的邊為e。將人工節(jié)點展開以后,e指向了一個環(huán)。假設(shè)原先e是指向u的,這個時候我們將環(huán)上指向u的邊 in[u]刪除,這樣就得到了原圖中的一個樹形圖。我們會發(fā)現(xiàn),如果新圖中e的權(quán)w'(e)是原圖中e的權(quán)w(e)減去in[u]權(quán)的話,那么在我們刪除掉in[u],并且將e恢復(fù)為原圖狀態(tài)的時候,這個樹形圖的權(quán)仍然是新圖樹形圖的權(quán)加環(huán)的權(quán),而這個權(quán)值正是最小樹形圖的權(quán)值。所以在展開節(jié)點之后,我們得到的仍然是最小樹形圖。逐步展開所有的人工節(jié)點,就會得到初始圖的最小樹形圖了。
如果實現(xiàn)得很聰明的話,可以達到找最小入邊O(E),找環(huán) O(V),收縮O(E),其中在找環(huán)O(V)這里需要一點技巧。這樣每次收縮的復(fù)雜度是O(E),然后最多會收縮幾次呢?由于我們一開始已經(jīng)拿掉了所有的自環(huán),我門可以知道每個環(huán)至少包含2個點,收縮成1個點之后,總點數(shù)減少了至少1。當(dāng)整個圖收縮到只有1個點的時候,最小樹形圖就不不用求了。所以我們最多只會進行V-1次的收縮,所以總得復(fù)雜度自然是O(VE)了。由此可見,如果一開始不除去自環(huán)的話,理論復(fù)雜度會和自環(huán)的數(shù)目有關(guān)。
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下面是朱劉算法的構(gòu)造圖

下面是POJ 3164的代碼

POJ 3164
#include<iostream>
#include<cmath>
#define INF 1000000000
using namespace std;
double map[110][110];
bool visit[110],circle[110];
int pre[110];
int n,m;
struct PT
{
double x,y;
}p[110];
double dist(int i,int j)
{
return sqrt((p[i].x-p[j].x)*(p[i].x-p[j].x)+(p[i].y-p[j].y)*(p[i].y-p[j].y));
}
void dfs(int t)
{
if(visit[t])
return ;
visit[t]=1;
for(int i=1;i<=n;i++)
if(map[t][i]<INF)
dfs(i);
}
bool connect()//深搜,判斷是否存在最小樹形圖
{
dfs(1);
for(int i=1;i<=n;i++)
if(!visit[i])
return 0;
return 1;
}
double solve()
{
double ans=0;
int i,j,k;
memset(circle,0,sizeof(circle));//如果某點被刪掉,那么circle[i]=1
while(1)
{
for(i=2;i<=n;i++)//求出每個點的最小入邊
{
if(circle[i])
continue;
map[i][i]=INF;
pre[i]=i;
for(j=1;j<=n;j++)
{
if(circle[j])
continue;
if(map[j][i]<map[pre[i]][i])
pre[i]=j;
}
}
for(i=2;i<=n;i++)//遍歷找環(huán)
{
if(circle[i])
continue;
j=i;
memset(visit,0,sizeof(visit));
while(!visit[j]&&j!=1)
{
visit[j]=1;
j=pre[j];
}
if(j==1)//j==1說明i不在環(huán)上
continue;
i=j;//找到了環(huán)
ans+=map[pre[i]][i];
for(j=pre[i];j!=i;j=pre[j])
{
ans+=map[pre[j]][j];
circle[j]=1;//用環(huán)上一點i代表此環(huán),其他點刪去,即circle[j]=1
}
for(j=1;j<=n;j++)
{
if(circle[j])
continue;
if(map[j][i]<INF)
map[j][i]-=map[pre[i]][i];//更新j的入邊
}
for(j=pre[i];j!=i;j=pre[j])//環(huán)上所有點的最優(yōu)邊為人工頂點的邊
{
for(k=1;k<=n;k++)
{
if(circle[k])
continue;
if(map[j][k]<INF)
map[i][k]=min(map[i][k],map[j][k]);
if(map[k][j]<INF)
map[k][i]=min(map[k][i],map[k][j]-map[pre[j]][j]);
}
}
break;
}
if(i>n)
{
for(j=2;j<=n;j++)
{
if(circle[j])
continue;
ans+=map[pre[j]][j];
}
break;
}
}
return ans;
}
int main()
{
int i,j;
int a,b;
while(scanf("%d%d",&n,&m)!=EOF)
{
for(i=1;i<=n;i++)
scanf("%lf%lf",&p[i].x,&p[i].y);
for(i=1;i<=n;i++)
for(j=1;j<=n;j++)
map[i][j]=INF;
for(i=1;i<=m;i++)
{
scanf("%d%d",&a,&b);
map[a][b]=dist(a,b);
}
memset(visit,0,sizeof(visit));
if(!connect())
printf("poor snoopy\n");
else printf("%.2lf\n",solve());
}
return 0;
}