Minimum Spanning Tree 最小生成樹
最小生成樹(Minimum Spanning Tree,簡稱MST)是一種在圖論中經常使用的概念。它主要應用於網絡設計、路徑規劃、運輸等問題。在給定的連接網絡(可以是無向的或有向的)中,每個節點(或稱為頂點)都與其他節點相連,並且每個連接(或稱為邊)都有一個相對應的權重或成本。一個生成樹(Spanning Tree)是該網絡的一個子圖,它包括網絡中的所有節點,並且是連通的(也就是說,從任何一個節點都可以到達其他任何節點)。
當我們說“最小”生成樹時,我們指的是權重(或成本)之和最小的生成樹。也就是說,最小生成樹是連接所有節點,且其邊的權重總和最小的樹。
建立最小生成樹的常見算法包括普林算法(Prim's algorithm)和克魯斯克爾算法(Kruskal's algorithm)。這兩種算法都利用了貪婪策略,每次選擇局部最佳解,最終得到全局最佳解。
最小生成樹在許多實際情況中都非常有用。例如,考慮一個需要連接多個城市的電力網絡。在這種情況下,最小生成樹可以幫助我們找到連接所有城市,且總成本最低的路線。
Disjoint Set
Disjoint Set,也稱為聯合-查找資料結構(Union-Find Data Structure),是一種數據結構,用於管理一個分離的元素的集合。這種數據結構支持兩種操作:聯合(Union)和查找(Find)。
聯合(Union):聯合是一種操作,它將兩個集合合併成一個新的集合。這通常是通過將一個集合的代表元素(可以是任何元素,但通常是集合中的第一個元素或“根”元素)指向另一個集合的代表元素來實現的。
查找(Find):查找操作對於給定的元素找到其所屬的集合。這是通過跟蹤指向代表元素的指針來實現的。
為了提高效率,並查集通常使用兩種技術:路徑壓縮(Path Compression)和聯合按秩(Union by Rank)。
路徑壓縮:當我們進行查找操作時,路徑壓縮會使我們經過的每個節點直接指向代表元素。這可以加快未來查找操作的速度。
聯合按秩:當我們進行聯合操作時,我們可以根據集合的“秩”(即元素數量或集合的高度)來決定哪一個代表元素指向另一個。我們總是讓秩較小的集合指向秩較大的集合。這樣可以保持樹的高度盡可能的小,從而加快查找操作的速度。
並查集在許多演算法中都非常有用,例如克魯斯克爾最小生成樹演算法,以及用於解決連通性問題的演算法。
頁:
[1]