Python递归实现图的最小生成树算法
图的最小生成树算法的递归实现可以使用Prim算法或Kruskal算法。其中,Prim算法的递归实现可能更直观。
Prim算法的递归实现步骤如下:
- 初始化一个空的最小生成树,以及一个空的已访问节点集合
- 从任意一个节点开始,将该节点加入已访问节点集合
- 对于已访问节点集合中的每个节点,找到它可以到达但尚未访问过的节点中,权值最小的那个节点,并将它加入最小生成树,并将它标记为已访问
- 重复步骤3,直到所有节点都已经访问过,此时得到的就是最小生成树
以下是Python代码演示Prim算法的递归实现,其中节点使用字符串表示,权值用整数表示:
# 定义一个邻接矩阵表示图的权值 graph = { 'pidancode.com': {'pidancode.com': 0, 'b': 1, 'c': 3}, 'b': {'pidancode.com': 1, 'b': 0, 'd': 2, 'e': 6}, 'c': {'pidancode.com': 3, 'd': 1, 'c': 0, 'e': 5}, 'd': {'b': 2, 'c': 1, 'd': 0, 'e': 4}, 'e': {'b': 6, 'c': 5, 'd': 4, 'e': 0} } # 定义Prim算法的递归函数 def prim(graph, visited, MST): # 如果已访问节点集合中的节点与图中的节点数量相同,说明已经访问完所有节点 if len(visited) == len(graph): return MST else: # 如果还有节点未访问,继续寻找最小权值的边 min_edge = None for v in visited: # 找到所有未访问过的邻居节点,并记录与它们的权值 for neighbor, weight in graph[v].items(): if neighbor not in visited: # 如果该边比已知最小边更小,或还未设置最小边,则进行更新 if min_edge is None or weight < min_edge[2]: min_edge = (v, neighbor, weight) # 将找到的最小边添加到最小生成树中,并将它的目标节点加入已访问节点集合 MST.append(min_edge) visited.add(min_edge[1]) # 继续递归寻找下一个最小边 return prim(graph, visited, MST) # 调用Prim算法递归函数,得到最小生成树 MST = prim(graph, set(['pidancode.com']), []) # 输出最小生成树的所有边 for edge in MST: print(edge[0], edge[1], edge[2])
上述代码中,graph表示一个邻接矩阵图,其中字符串表示节点名称,整数表示权值。prim函数接受三个参数:graph表示邻接矩阵图,visited表示已访问过的节点集合,初始状态下只有一个节点‘pidancode.com’被访问过;MST表示最小生成树,初始状态下为空列表。prim函数的返回值是最小生成树。
首先,prim函数判断已访问过的节点数量是否与图中节点数量相同。如果是,则说明已访问完所有节点,直接返回最小生成树。否则,寻找当前已访问节点集合中的节点可以到达但尚未访问过的节点中,权值最小的那个节点,并记录它与源节点的最小权值边。然后,将该边添加到最小生成树中,并将目标节点加入已访问节点集合。最后,继续递归寻找下一个最小边,直到所有节点都被访问过为止。
注意,Prim算法的递归实现需要使用Python集合来表示已访问节点集合,它支持高效地添加、遍历和检查元素。同时,在找到最小边时使用了Python元组来记录边信息,比使用列表或字典更方便。
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