Изменения

Перейти к: навигация, поиск

Алгоритм Прима

1377 байт добавлено, 21:14, 15 июня 2018
Пример
'''Алгоритм Прима''' (англ. ''Prim's algorithm'') — алгоритм поиска [[Лемма о безопасном ребре#Минимальное остовное дерево|минимального остовного дерева]] (англ. ''minimum spanning tree, MST'') во взвешенном [[Основные_определения_теории_графовОсновные определения теории графов#.D0.9D.D0.B5.D0.BE.D1.80.D0.B8.D0.B5.D0.BD.D1.82.D0.B8.D1.80.D0.BE.D0.B2.D0.B0.D0.BD.D0.BD.D1.8B.D0.B5_.D0.B3.D1.80.D0.B0.D1.84.D1.8B Неориентированные графы | неориентированном связном графе]].
== Идея ==
== Реализация ==
<span stylefont color="color: green">//<tex>G </tex> {{-- -}} исходный граф<br/font> <font color=green>//<tex>w </tex> {{--- }} весовая функция</spanfont> '''function''' <tex>\mathtt{primFindMST}():</tex> '''for''' <tex>v '''\in''' V(G)</tex> <tex>\mathtt{key}[v] \ = <tex>\ \infty</tex> <tex>\mathtt{p}[v] \ = </tex> ''null'' <tex>r \ = </tex> произвольная вершина графа <tex>G</tex> <tex>\mathtt{key}[r] \ = \ \mathtt{0 }</tex> <tex>Q.\mathtt{push}(V(G) )</tex> '''whilenot''' not <tex>Q.\mathtt{isEmpty()}</tex> <tex>v \ = \ Q.\mathtt{extractMin}() </tex> '''for''' <tex>vu '''\in''' E(G)</tex> '''if''' <tex>u '''\in''' Q </tex> '''and''' <tex>\mathtt{key}[u] > w(v, u)</tex> <tex>\mathtt{p}[u] \ = \ v</tex> <tex>\mathtt{key}[u] \ = \ w(v, u)</tex> <tex>Q.\mathtt{decreaseKey}(u, \mathtt{key}[u])</tex>
Ребра дерева восстанавливаются из его неявного вида после выполнения алгоритма.<br>
Чтобы упростить операцию <tex>\mathrm{decreaseKey}</tex> можно написать кучу на основе [[АВЛ-дерево | сбалансированного бинарного дерева поиска]]. Тогда мы просто удалим вершину и добавим ее обратно уже с новым ключом. Асимптотика таких преобразований <tex>O(\log n)</tex>. Если же делать с [[Двоичная_куча | бинарной кучей]], то вместо операции <tex>\mathrm{decreaseKey}</tex>, будем всегда просто добавлять вершину с новым ключом, если из кучи достали вершину с ключом, значение которого больше чем у нее уже стоит, просто игнорировать. Вершин в куче будет не больше <tex>n^2</tex>, следовательно, операция <tex>\mathrm{extractMin}</tex> будет выполняться за <tex>O(\log n^2)</tex>, что равно <tex>O(\log n)</tex>. Максимальное количество вершин, которое мы сможем достать, равняется количеству ребер, то есть <tex>m</tex>, поэтому общая асимптотика составит <tex>O(m \log n)</tex>, что хорошо только на разреженных графах.
==Пример==
| <tex> 0 </tex> || <tex>\infty</tex> || <tex>\infty</tex> || <tex>\infty</tex> || <tex>\infty</tex>
|}
|style="padding-left: 1em" | Извлечём из множества вершину '''a''', так как её приоритет минимален.<br/>Рассмотрим смежные с ней вершины '''b''', '''c''', и '''e'''. <br/>Обновим их приоритеты, как веса соответствующих рёбер '''ab''', '''ac''' и '''ae''', которые будут добавленны добавлены в ответ.
|-
|[[Файл:Mst_prima_2.png|200px]]
| <tex> 0 </tex> || <tex> 3 </tex> || <tex> 4 </tex> || <tex>\infty</tex> || <tex> 1 </tex>
|}
|style="padding-left: 1em" |Теперь минимальный приоритет у вершины '''е'''.<br/> Извлечём её и рассмотрим смежные с ней вершины '''a''', '''c''', и '''d'''.<br/>Изменим приоритет только у вершины '''d''', так как приоритеты вершин '''a''' и '''с''' меньше,<br/>чем веса у соответствующих рёбер '''ea''' и '''ec''', и установим приоритет вершины '''d''' равный весу ребра '''ed''', которое будет добавленно добавлено в ответ.
|-
|[[Файл:Mst_prima_3.png|200px]]
| <tex> 0 </tex> || <tex> 3 </tex> || <tex> 4 </tex> || <tex> 7 </tex> || <tex> 1 </tex>
|}
|style="padding-left: 1em" |После извлечения вершины '''b''' ничего не изменится, так как приоритеты вершин '''a''' и '''с''' меньше,<br/>чем веса у соответствующих рёбер '''ba''' и '''bc'''. Однако, после извлечения следующей вершины {{- --}} '''c''',<br/>будет обновлён приоритет у вершины '''d''' на более низкий (равный весу ребра '''cd''') и в ответе ребро '''ed''' будет заменено на '''cd'''.
|-
|[[Файл:Mst_prima_4.png|200px]]
| <tex> 0 </tex> || <tex> 3 </tex> || <tex> 4 </tex> || <tex> 2 </tex> || <tex> 1 </tex>
|}
|style="padding-left: 1em" |Далее будет рассмотрена следующая вершина {{- --}} '''d''', но ничего не изменится,<br/>так как приоритеты вершин '''e''' и '''с''' меньше, чем веса у соответствующих рёбер '''de''' и '''dc'''.<br/>После этого алгоритм завершит работу, так как в заданном множестве не останется вершин,<br/>которые не были бы рассмотрены
|}
== Корректность ==
По поддерживаемым инвариантам после извлечения вершины <tex>v</tex> \ (<tex>v \neq r)</tex>) из <tex>Q</tex> ребро <tex>\left(v,p(v)\right)</tex> является ребром минимального веса, пересекающим разрез <tex>\left(F,Q\right)</tex>. Значит, по [[Лемма о безопасном ребре|лемме о безопасном ребре]], оно безопасно. Алгоритм построения ''MST'', добавляющий безопасные ребра, причём делающий это ровно <tex>|V|-1</tex> раз, корректен.
== Оценка производительности ==
[[Категория: Алгоритмы и структуры данных]]
[[Категория: Остовные деревья ]]
[[Категория: Построение остовных деревьев]]
Анонимный участник

Навигация