当前位置:

首页 > 编程开发 > Java中Prime算法的原理与实现方法是什么

Java中Prime算法的原理与实现方法是什么

Prim算法介绍1.点睛在生成树的过程中,把已经在生成树中的节点看作一个集合,把剩下的节点看作另外一个集合,从连接两个集合的边中选择一条权值最小的边即可。2.算法介绍首先任选一个节点,例如节点1,把它放在集合U中,U={1},那么剩下的节点为V-U={2,3,4,5,6,7},集合V是图的所有节点集合。现在只需要看看连接两个集合(U和V-U)的边中,哪一条边的权值最小,把权值最小的边关联的节点加入集合U中。从上图可以看出,连接两个集合的3条边中,1-2边的权值最小,选中它,把节点2加入集合U中,U={1,

本文目录

    Java中Prime算法的原理与实现方法是什么

    Prim算法介绍

    1.点睛

    在生成树的过程中,把已经在生成树中的节点看作一个集合,把剩下的节点看作另外一个集合,从连接两个集合的边中选择一条权值最小的边即可。

    2.算法介绍

    Java中Prime算法的原理与实现方法是什么

    首先任选一个节点,例如节点1,把它放在集合 U 中,U={1},那么剩下的节点为 V-U={2,3,4,5,6,7},集合 V 是图的所有节点集合。

    Java中Prime算法的原理与实现方法是什么

    现在只需要看看连接两个集合(U 和 V-U)的边中,哪一条边的权值最小,把权值最小的边关联的节点加入集合 U 中。从上图可以看出,连接两个集合的 3 条边中,1-2 边的权值最小,选中它,把节点 2 加入集合 U 中,U={1,2},V - U={3,4,5,6},如下图所示。

    Java中Prime算法的原理与实现方法是什么

    再从连接两个集合(U 和 V-U)的边中选择一条权最小的边。从上图看出,在连接两个集合的4条边中,节点2到节点7的边权值最小,选中这条边,把节点7加入集合U={1,2,7}中,V-U={3,4,5,6}。

    如此下去,直到 U=V 结束,选中的边和所有的节点组成的图就是最小生成树。这就是 Prim 算法。

    直观地看图,很容易找出集合 U 到 集合 U-V 的边中哪条边的权值是最小的,但在程序中穷举这些边,再找最小值,则时间复杂度太高。可以通过设置数组巧妙解决这个问题,closet[j] 表示集合 V-U 中的节点 j 到集合 U 中的最邻近点,lowcost[j] 表示集合 V-U 中节点 j 到集合 U 中最邻近点的边值,即边(j,closest[j]) 的权值。

    例如在上图中,节点 7 到集合 U 中的最邻近点是2,cloeest[7]=2。节点 7 到最邻近点2 的边值为1,即边(2,7)的权值,记为 lowcost[7]=1,如下图所示。

    Java中Prime算法的原理与实现方法是什么

    所以只需在集合 V - U 中找到 lowcost[] 只最小的节点即可。

    3. 算法步骤

    1.初始化

    令集合 U={u0},u0 属于 V,并初始化数组 closest[]、lowcost[]和s[]。

    2.在集合 V-U 中找 lowcost 值最小的节点t,即 lowcost[t]=min{lowcost[j]},j 属于 V-U,满足该公式的节点 t 就是集合 V-U 中连接 U 的最邻近点。

    3.将节点 t 加入集合 U 中。

    4.如果集合 V - U 为空,则算法结束,否则转向步骤 5。

    5.对集合 V-U 中的所有节点 j 都更新其 lowcost[] 和 closest[]。if(C[t][j]

    按照上面步骤,最终可以得到一棵权值之和最小的生成树。

    4.图解

    图 G=(V,E)是一个无向连通带权图,如下图所示。

    Java中Prime算法的原理与实现方法是什么

    1 初始化。假设 u0=1,令集合 U={1},集合 V-U={2,3,4,5,6,7},s[1]=true,初始化数组 closest[]:除了节点1,其余节点均为1,表示集合 V-U 中的节点到集合 U 的最邻近点均为1.lowcost[]:节点1到集合 V-U 中节点的边值。closest[] 和 lowcost[] 如下图所示。

    Java中Prime算法的原理与实现方法是什么

    初始化后的图为:

    Java中Prime算法的原理与实现方法是什么

    2 找 lowcost 最小的节点,对应的 t=2,选中的边和节点如下图。

    Java中Prime算法的原理与实现方法是什么

    3 加入集合U中。将节点 t 加入集合 U 中,U={1,2},同时更新 V-U={3,4,5,6,7}

    4 更新。对 t 在集合 V-U 中的每一个邻接点 j,都可以借助 t 更新。节点 2 的邻接点是节点 3 和节点7。

    C[2][3]=20

    C[2][7]=1

    更新后的 closest[] 和 lowcost[] 如下图所示。

    Java中Prime算法的原理与实现方法是什么

    更新后的集合如下图所示:

    Java中Prime算法的原理与实现方法是什么

    5 找 lowcost 最小的节点,对应的 t=7,选中的边和节点如下图。

    Java中Prime算法的原理与实现方法是什么

    6  加入集合U中。将节点 t 加入集合 U 中,U={1,2,7},同时更新 V-U={3,4,5,6}

    7 更新。对 t 在集合 V-U 中的每一个邻接点 j,都可以借助 t 更新。节点 7 的邻接点是节点 3、4、5、6。

    • C[7][3]=4

    • C[7][4]=4

    • C[7][5]=4

    • C[7][6]=4

    更新后的 closest[] 和 lowcost[] 如下图所示。

    Java中Prime算法的原理与实现方法是什么

    更新后的集合如下图所示:

    Java中Prime算法的原理与实现方法是什么

    8 找 lowcost 最小的节点,对应的 t=3,选中的边和节点如下图。

    Java中Prime算法的原理与实现方法是什么

    9 加入集合U中。将节点 t 加入集合 U 中,U={1,2,3,7},同时更新 V-U={4,5,6}

    10 更新。对 t 在集合 V-U 中的每一个邻接点 j,都可以借助 t 更新。节点 3 的邻接点是节点 4。

    C[3][4]=15>lowcost[4]=9,不更新

    closest[] 和 lowcost[] 数组不改变。

    更新后的集合如下图所示:

    Java中Prime算法的原理与实现方法是什么

    11 找 lowcost 最小的节点,对应的 t=4,选中的边和节点如下图。

    Java中Prime算法的原理与实现方法是什么

    12 加入集合U中。将节点 t 加入集合 U 中,U={1,2,3,4,7},同时更新 V-U={5,6}

    13 更新。对 t 在集合 V-U 中的每一个邻接点 j,都可以借助 t 更新。节点 4 的邻接点是节点 5。

    C[4][5]=3

    更新后的 closest[] 和 lowcost[] 如下图所示。

    Java中Prime算法的原理与实现方法是什么

    更新后的集合如下图所示:

    Java中Prime算法的原理与实现方法是什么

    14 找 lowcost 最小的节点,对应的 t=5,选中的边和节点如下图。

    Java中Prime算法的原理与实现方法是什么

    15 加入集合U中。将节点 t 加入集合 U 中,U={1,2,3,4,5,7},同时更新 V-U={6}

    16 更新。对 t 在集合 V-U 中的每一个邻接点 j,都可以借助 t 更新。节点 5 的邻接点是节点 6。

    C[5][6]=17

    更新后的集合如下图所示:

    Java中Prime算法的原理与实现方法是什么

    17 找 lowcost 最小的节点,对应的 t=6,选中的边和节点如下图。

    Java中Prime算法的原理与实现方法是什么

    18 加入集合U中。将节点 t 加入集合 U 中,U={1,2,3,4,5,6,7},同时更新 V-U={}

    19 更新。对 t 在集合 V-U 中的每一个邻接点 j,都可以借助 t 更新。节点 6 在集合 V-U 中无邻接点。不用更新 closest[] 和 lowcost[] 。

    20 得到的最小生成树如下。最小生成树的权值之和为 57.

    Java中Prime算法的原理与实现方法是什么

    Prime 算法实现

    1.构建后的图

    Java中Prime算法的原理与实现方法是什么

    2.代码

    package graph.prim;
     
    import java.util.Scanner;
     
    public class Prim {
        static final int INF = 0x3f3f3f3f;
        static final int N = 100;
        // 如果s[i]=true,说明顶点i已加入U
        static boolean s[] = new boolean[N];
        static int c[][] = new int[N][N];
        static int closest[] = new int[N];
        static int lowcost[] = new int[N];
     
        static void Prim(int n) {
            // 初始时,集合中 U 只有一个元素,即顶点 1
            s[1] = true;
            for (int i = 1; i <= n; i++) {
                if (i != 1) {
                    lowcost[i] = c[1][i];
                    closest[i] = 1;
                    s[i] = false;
                } else
                    lowcost[i] = 0;
            }
            for (int i = 1; i < n; i++) {
                int temp = INF;
                int t = 1;
                // 在集合中 V-u 中寻找距离集合U最近的顶点t
                for (int j = 1; j <= n; j++) {
                    if (!s[j] && lowcost[j] < temp) {
                        t = j;
                        temp = lowcost[j];
                    }
                }
                if (t == 1)
                    break; // 找不到 t,跳出循环
                s[t] = true; // 否则,t 加入集合U
                for (int j = 1; j <= n; j++) { // 更新 lowcost 和 closest
                    if (!s[j] && c[t][j] < lowcost[j]) {
                        lowcost[j] = c[t][j];
                        closest[j] = t;
                    }
                }
            }
        }
     
        public static void main(String[] args) {
            int n, m, u, v, w;
            Scanner scanner = new Scanner(System.in);
            n = scanner.nextInt();
            m = scanner.nextInt();
            int sumcost = 0;
            for (int i = 1; i <= n; i++)
                for (int j = 1; j <= n; j++)
                    c[i][j] = INF;
            for (int i = 1; i <= m; i++) {
                u = scanner.nextInt();
                v = scanner.nextInt();
                w = scanner.nextInt();
                c[u][v] = c[v][u] = w;
            }
            Prim(n);
            System.out.println("数组lowcost:");
     
            for (int i = 1; i <= n; i++)
                System.out.print(lowcost[i] + " ");
     
            System.out.println();
            for (int i = 1; i <= n; i++)
                sumcost += lowcost[i];
            System.out.println("最小的花费:" + sumcost);
        }
    }

    3.测试

    Java中Prime算法的原理与实现方法是什么

    本站声明:本文内容由网友自发贡献,版权归原作者所有,本站不承担相应法律责任。如您发现有涉嫌抄袭侵权的内容,请联系bd@zhengruan.com
    作者最新文章
    编程开发 Java
    相关文章 更多
    Java单元测试入门:使用JUnit 5编写第一个测试用例
    Java单元测试入门:使用JUnit 5编写第一个测试用例

    面向初学者的JUnit 5实用入门指南。从测试概念、Maven依赖配置,到手把手编写首个单元测试用例及断言验证,助你掌握Java单元测试的核心流程。

    Java变量未初始化报错解析:局部变量与成员变量默认值差异
    Java变量未初始化报错解析:局部变量与成员变量默认值差异

    深入解析Java中局部变量未初始化编译报错与成员变量自动赋予默认值的机制差异,涵盖JVM内存分配、编译期确定性赋值检查与实际排查修复方案。

    Java获取当前时间并格式化输出:DateTimeFormatter与SimpleDateFormat
    Java获取当前时间并格式化输出:DateTimeFormatter与SimpleDateFormat

    详细讲解在Java中获取当前系统时间并进行格式化输出的两种核心方案:基于Java 8全新日期时间API的DateTimeFormatter与传统遗留的SimpleDateFormat,包含完整代码示例、线程安全机制对比及生产选型建议。

    Java中final与static final常量的定义及初始化规则
    Java中final与static final常量的定义及初始化规则

    深入解析Java中final变量与static final常量的定义、内存语义、初始化时机及合法赋值路径,涵盖编译期常量优化与实战避坑指南。

    Java抽象方法与接口方法的区别及选型建议
    Java抽象方法与接口方法的区别及选型建议

    深入对比Java中抽象类抽象方法与接口方法的语法演进、设计意图及运行期差异,并提供清晰的架构选型决策流程与实战范例。

    Java实现HTTP请求与JSON解析的完整代码示例
    Java实现HTTP请求与JSON解析的完整代码示例

    本文提供Java标准库HttpClient发起HTTP GET/POST请求并结合Jackson进行JSON数据反序列化与序列化的完整代码示例与工程实践指南。

    Java递归出现StackOverflowError的原因分析及栈空间优化方案
    Java递归出现StackOverflowError的原因分析及栈空间优化方案

    详细分析Java递归调用出现StackOverflowError的原因,结合代码说明线程栈、栈帧和递归深度之间的关系,并介绍终止条件排查、迭代改写、减少栈帧开销以及通过-Xss调整JVM栈空间的方法。

    Java空指针异常(NPE)的代码排查与修复实例
    Java空指针异常(NPE)的代码排查与修复实例

    针对Java中常见的NullPointerException(NPE),本文从堆栈日志定位、典型代码触发场景、具体修复代码对比到防御体系进行系统讲解,提供实用且易上手的排查与修复方案。

    selenium上传文件教程本地文件路径设置方法
    selenium上传文件教程本地文件路径设置方法

    深入解析Selenium处理文件上传的技术细节,涵盖标准HTML控件的路径直接注入法与非标准控件的系统级模拟方案,提供Windows与Linux环境下的路径设置最佳实践及常见异常排查。

    大数据开发语言选型:Java对比Scala与Python的优缺点及适用场景
    大数据开发语言选型:Java对比Scala与Python的优缺点及适用场景

    针对大数据工程场景,系统对比Java、Scala与Python在执行性能、生态结合、开发效率和维护成本上的核心差异,给出清晰的架构选型依据与落地方案。

    查看更多
    精品专题 更多
    装机必备
    装机必备

    正软商城装机必备专区,精选办公、浏览器、安全防护、影音播放、压缩解压、设计创作和系统工具等电脑常用正版软件,帮助用户快速完成新电脑软件配置。

    Windows
    Windows

    正软商城Windows软件专区,汇集适用于Windows电脑的办公、设计、安全防护、影音播放、开发工具和系统优化软件,提供软件介绍、系统要求、正版授权及购买下载服务。

    PDF教程
    PDF教程

    正软商城PDF教程频道提供PDF编辑、转换、合并、拆分、压缩及格式处理方法,同时介绍常用PDF软件和工具的使用技巧。

    Mac软件 更多
    讯飞智作 网页版
    讯飞智作 网页版
    Windows/ macOS/ Linux

    讯飞智作是一款基于语音合成技术、虚拟人驱动技术与数字人形象声音构建能力的 AI 数字人音视频创作平台。

    火山引擎 网页版
    火山引擎 网页版
    Windows/ macOS/ Linux

    火山引擎是字节跳动旗下企业级云与AI服务平台。聚焦大模型核心能力,依托字节自研豆包多模态大模型,凭借火山方舟一站式平台,提供模型精调、推理部署、智能应用搭建等全链路服务,结合高性能AI算力,助力各行业快速落地大模型数字化与智能化应用。

    Aperty macOS版
    Aperty macOS版
    macOS

    Aperty 是 Skylum 推出的 AI 人像修图软件,支持自然肤质修饰、瑕疵处理、面部与身体调整、预设及批量同步。

    WINDOWS 更多
    讯飞智作 网页版
    讯飞智作 网页版
    Windows/ macOS/ Linux

    讯飞智作是一款基于语音合成技术、虚拟人驱动技术与数字人形象声音构建能力的 AI 数字人音视频创作平台。

    火山引擎 网页版
    火山引擎 网页版
    Windows/ macOS/ Linux

    火山引擎是字节跳动旗下企业级云与AI服务平台。聚焦大模型核心能力,依托字节自研豆包多模态大模型,凭借火山方舟一站式平台,提供模型精调、推理部署、智能应用搭建等全链路服务,结合高性能AI算力,助力各行业快速落地大模型数字化与智能化应用。

    PixTV 网页版
    PixTV 网页版
    Windows

    PixTV 是一款在浏览器中使用的 AI 视觉内容创作平台,提供图片、视频、音频、文字生成、AI 分镜、局部重绘、提示词反推和无限画布等工具,适合短剧、漫剧、广告及社交媒体内容制作。