python生成树形图_P4716 朱刘算法/最小树形图/有向图最小生成树 python实现

2023-11-20 18:11

本文主要是介绍python生成树形图_P4716 朱刘算法/最小树形图/有向图最小生成树 python实现,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

遇到了一道题,一开始以为是简单的最小生成树

做完发现一直WA,学习了一下发现是朱刘算法,整理一下笔记

P4716 最小树形图

题目背景

这是一道模板题。

题目描述

给定包含 nnn 个结点, mmm 条有向边的一个图。试求一棵以结点 rrr 为根的最小树形图,并输出最小树形图每条边的权值之和,如果没有以 rrr 为根的最小树形图,输出 −1-1−1。

输入格式

第一行包含三个整数 n,m,rn,m,rn,m,r,意义同题目所述。

接下来 mmm 行,每行包含三个整数 u,v,wu,v,wu,v,w,表示图中存在一条从 uuu 指向 vvv 的权值为 www 的有向边。

输出格式

如果原图中存在以 rrr 为根的最小树形图,就输出最小树形图每条边的权值之和,否则输出 −1-1−1。

输入输出样例

输入 #1

4 6 1

1 2 3

1 3 1

4 1 2

4 2 2

3 2 1

3 4 1

输出 #1

3

输入 #2

4 6 3

1 2 3

1 3 1

4 1 2

4 2 2

3 2 1

3 4 1

输出 #2

4

输入 #3

4 6 2

1 2 3

1 3 1

4 1 2

4 2 2

3 2 1

3 4 1

输出 #3

-1

说明/提示

样例 111 解释

最小树形图中包含第 222, 555, 666 三条边,总权值为 1+1+1=31 + 1 + 1 = 31+1+1=3

样例 222 解释

最小树形图中包含第 333, 555, 666 三条边,总权值为 2+1+1=42 + 1 + 1 = 42+1+1=4

样例 333 解释

无法构成最小树形图,故输出 −1-1−1 。

数据范围

对于所有数据,1≤u,v≤n≤1001 \leq u, v \leq n \leq 1001≤u,v≤n≤100, 1≤m≤1041 \leq m \leq 10^41≤m≤104, 1≤w≤1061 \leq w \leq 10^61≤w≤106。

最小树形图

一个有向图,存在从某个点为根的,可以到达所有点的一个最小生成树,则它就是最小树形图。

简单来说,就是有向图的最小生成树

朱刘算法

为什么需要?

如果是无向图,用prim或者kruskal算法很简单

但是如果是有向图,就会有一些问题

举个例子

第一行包含三个整数n,m,r,意义同题目所述。

接下来m行,每行包含三个整数u, v, w,表示图中存在一从u指向V的权值为w的有向边。

对于所有数据,1≤u,v≤n≤100,1≤m≤10^4,1≤w≤10^6。

输入:

3 4 1

1 2 8

1 3 8

2 3 4

3 2 3

45a3be313deb576511e79ff45a2291ef.png

图画出来大概是这样子的,如果用prim算法的话就会和点的顺序有关。可能是11,可能是12

所以我们需要一个适用于有向图的算法

算法介绍

朱刘算法只有3步,然后不断循环。

找到每个点的最小入边。既然是生成树,那么对于每个点来说,只要选一个权值最小的入边就可以了。

贪心思想。因为如果不是最小入边,那么它肯定不是最小树形图的一条边,考虑它是没有意义的。

找环。找环找的是最小入边构成的新图的环。如果没找到环,那么一棵树就已经形成了,

因为树就是没有环的图。再因为边权都是最小的,因此此时最小树形图就已经出来了,停止循环。

如果第2步中找到了环,那么这个环就可以缩成一个点。然后构造新图,更新边权。

示意图大致如下:

bcd5961c943fdb66ff458c8b3f6eeff7.png

实现

class Edge:

def __init__(self, u, v, w):

self.u = u

self.v = v

self.w = w

def __str__(self):

return str(self.u) + str(self.v) + str(self.w)

def zhuliu(edges, n, m, root):

res = 0

while True:

pre = [-1]*n

visited = [-1] * n

circle = []

inderee = [INF] * n

# 寻找最小入边

inderee[root] = 0

for i in range(m):

if edges[i].u != edges[i].v and edges[i].w < inderee[edges[i].v]:

pre[edges[i].v] = edges[i].u

inderee[edges[i].v] = edges[i].w

# 有孤立点,不存在最小树形图

for i in range(n):

if i != root and inderee[i] == INF:

return -1

# 找有向h环

tn = 0 # 记录环的个数

circle = [-1] * n

for i in range(n):

res += inderee[i]

v = i

# 向前遍历找环,中止情况有:

# 1. 出现带有相同标记的点,成环

# 2. 节点属于其他环,说明进了其他环

# 3. 遍历到root了

while visited[v] != i and circle[v] == -1 and v != root:

visited[v] = i

v = pre[v]

# 如果成环了才会进下面的循环,把环内的点的circle进行标记

if v != root and circle[v] == -1:

while circle[v] != tn:

circle[v] = tn

v = pre[v]

tn += 1

# 如果没有环了,说明一定已经找到了

if tn == 0:

break

# 否则把孤立点都看作自环看待

for i in range(n):

if circle[i] == -1:

circle[i] = tn

tn += 1

# 进行缩点,把点号用环号替代

for i in range(m):

v = edges[i].v

edges[i].u = circle[edges[i].u]

edges[i].v = circle[edges[i].v]

# 如果边不属于同一个环

if edges[i].u != edges[i].v:

edges[i].w -= inderee[v]

n = tn

root = circle[root]

return res

INF = 9999999999

if __name__ == '__main__':

n, m, root = list(map(int, input().split()))

edges = []

for i in range(m):

u, v, w = list(map(int, input().split()))

# 输入的点是1开始的,-1改为0开始的

edges.append(Edge(u-1, v-1, w))

print(zhuliu(edges, n, m, root-1),end = "")

这篇关于python生成树形图_P4716 朱刘算法/最小树形图/有向图最小生成树 python实现的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



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