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python最小生成樹kruskal與prim算法詳解

2020-02-16 00:43:35
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供稿:網友

kruskal算法基本思路:先對邊按權重從小到大排序,先選取權重最小的一條邊,如果該邊的兩個節點均為不同的分量,則加入到最小生成樹,否則計算下一條邊,直到遍歷完所有的邊。

prim算法基本思路:所有節點分成兩個group,一個為已經選取的selected_node(為list類型),一個為candidate_node,首先任取一個節點加入到selected_node,然后遍歷頭節點在selected_node,尾節點在candidate_node的邊,選取符合這個條件的邊里面權重最小的邊,加入到最小生成樹,選出的邊的尾節點加入到selected_node,并從candidate_node刪除。直到candidate_node中沒有備選節點(這個循環條件要求所有節點都有邊連接,即邊數要大于等于節點數-1,循環開始前要加入這個條件判斷,否則可能會有節點一直在candidate中,導致死循環)。

#coding=utf-8class Graph(object):  def __init__(self, maps):    self.maps = maps    self.nodenum = self.get_nodenum()    self.edgenum = self.get_edgenum()   def get_nodenum(self):    return len(self.maps)   def get_edgenum(self):    count = 0    for i in range(self.nodenum):      for j in range(i):        if self.maps[i][j] > 0 and self.maps[i][j] < 9999:          count += 1    return count   def kruskal(self):    res = []    if self.nodenum <= 0 or self.edgenum < self.nodenum-1:      return res    edge_list = []    for i in range(self.nodenum):      for j in range(i,self.nodenum):        if self.maps[i][j] < 9999:          edge_list.append([i, j, self.maps[i][j]])#按[begin, end, weight]形式加入    edge_list.sort(key=lambda a:a[2])#已經排好序的邊集合        group = [[i] for i in range(self.nodenum)]    for edge in edge_list:      for i in range(len(group)):        if edge[0] in group[i]:          m = i        if edge[1] in group[i]:          n = i      if m != n:        res.append(edge)        group[m] = group[m] + group[n]        group[n] = []    return res   def prim(self):    res = []    if self.nodenum <= 0 or self.edgenum < self.nodenum-1:      return res    res = []    seleted_node = [0]    candidate_node = [i for i in range(1, self.nodenum)]        while len(candidate_node) > 0:      begin, end, minweight = 0, 0, 9999      for i in seleted_node:        for j in candidate_node:          if self.maps[i][j] < minweight:            minweight = self.maps[i][j]            begin = i            end = j      res.append([begin, end, minweight])      seleted_node.append(end)      candidate_node.remove(end)    return res max_value = 9999row0 = [0,7,max_value,max_value,max_value,5]row1 = [7,0,9,max_value,3,max_value]row2 = [max_value,9,0,6,max_value,max_value]row3 = [max_value,max_value,6,0,8,10]row4 = [max_value,3,max_value,8,0,4]row5 = [5,max_value,max_value,10,4,0]maps = [row0, row1, row2,row3, row4, row5]graph = Graph(maps)print('鄰接矩陣為/n%s'%graph.maps)print('節點數據為%d,邊數為%d/n'%(graph.nodenum, graph.edgenum))print('------最小生成樹kruskal算法------')print(graph.kruskal())print('------最小生成樹prim算法')print(graph.prim())            
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