Borůvka 算法

详解

Borůvka 算法的本质是一种多路 Prim 最小生成树算法,复杂度 (mlog n),但劣于 Kruskal 的 (log)

算法功能:求简单图的最小生成树

算法流程是这样的

考虑当前的图(未连边),一定由若干连通块构成,我们考虑连接连通块

可以想到,对于任意一个连通块,一定应该与尽可能优的连通块连边,并且,如果该连通块不在本操作连边,无论以后的操作如何改变其他连通块的状态,连通块总是单调不减的,花费也一定是单调不减的,因此直接在本操作连边即可

根据上述原理,可以尝试枚举所有边,然后尝试用这条边去更新端点所在连通块,对于连通块,则选择一个最优的边来更新自身

可以想到在一次操作中,总有至少一半的连通块被连接而消失,复杂度 (mlog n)

需要注意的有以下几点

  • “最优的边” 在这里必须是严格的,即你需要保证不存在 (i,jin [1,m]),使得两条边 (e_i=e_j),至于为什么要这么做,一个经典的例子是重边,如果现在有 ((1,2,w=1))((2,1,w=1)) 两条边,这两条边使得连通块 (1) 和连通块 (2) 都能被更新到,这样在合并的时候会连出环来,保证严格的最优性一般采用编号做第二关键字的办法
  • 当然,你在无向图上跑最小生成树也会连出环,这个时候的解决办法是你在第二个循环里合并连通块之前判一下

Borůvka 需要判的东西比较多,注意不要漏掉

P3366 【模板】最小生成树

#include<bits/stdc++.h> using namespace std; int n,m; int best[100001]; struct edge{     int from,to,w;     int id;     bool used;     bool operator <(const edge&A)const{         if(w==A.w) return id<A.id;         return w<A.w;     } }; vector<edge>e={{0,0,0,0,true}}; struct dsu{     int fa[100001];     void clear(){         for(int i=1;i<=n;++i){             fa[i]=i;         }     }     int find(int id){         if(id==fa[id]) return id;         return fa[id]=find(fa[id]);     }     bool samefa(int x,int y){         int fx=find(x),fy=find(y);         return fx==fy;     }     bool join(int x,int y){         int fx=find(x),fy=find(y);         if(fx==fy) return false;         fa[fx]=fy;         return true;     } }d; int main(){     ios::sync_with_stdio(false);     cin>>n>>m;     for(int i=1;i<=m;++i){         int x,y,z;         cin>>x>>y>>z;         e.push_back({x,y,z,i,false});     }     d.clear();     int ans=0,tot=0;     while(1){         bool flag=false;         memset(best,0,sizeof best);         for(edge i:e){             if(i.used or d.samefa(i.from,i.to)) continue;             int tmp=d.find(i.from);             int tmp2=d.find(i.to);             if(best[tmp]==0 or i<e[best[tmp]]){                 best[tmp]=i.id;             }             if(best[tmp2]==0 or i<e[best[tmp2]]){                 best[tmp2]=i.id;             }         }         for(int i=1;i<=n;++i){             if(d.find(i)==i){                 if(best[i]!=0 and e[best[i]].used==false){                     e[best[i]].used=true;                     ans+=e[best[i]].w;                     tot++;                     d.join(e[best[i]].from,e[best[i]].to);                     flag=true;                 }             }         }         if(!flag) break;     }     if(tot!=n-1) cout<<"orz";     else cout<<ans; } 

使用

显然,Borůvka 在稠密图上的表现不如 Prim,在稀疏图上的表现不如 Kruskal

那要这玩意有什么用吗

是因为 Borůvka 适用于一类特殊条件

这类特殊条件形如 给你一个完全图,完全图上的边权可以通过端点的点权经过某种计算得出,求最小生成树

这样的条件充分利用了 Borůvka 只会合并 (log n) 次的性质,这是其他两个最小生成树算法做不到的

但是这并不意味着你套模板就行了,暴力 Borůvka 仍然在 (n^2log) 级别,需要一些有性质的图来优化算法(一般是快速找到最小边权)

星际联邦

完全图上每个点有点权 (a_i),定义 ((u,v)(ult v)) 的边权为 (a_v-a_u),求最小生成树

(大概绿-蓝)

我们在每一轮需要找到这个点向外到另一个联通块内的最小边。注意到当 (i) 固定时,最小边要么是前缀 ([1, i)) 的最大值取到的,要么是 ((i, n]) 内的后缀最小值取到的。我们只需要对每个前缀维护最大值,以及和最大值不在同一个联通块内的最大值,后缀同理,就可以快速求出该联通块向外的最小边

时间复杂度为 (O(n log n))

#include<bits/stdc++.h> using namespace std; const long long inf=0x3f3f3f3f3f3f3f3f; int n; int a[300005]; struct val_t{ 	long long val,pos; 	inline bool operator<(const val_t&A)const{         return val<A.val;     }     inline bool operator>(const val_t&A)const{         return val>A.val;     } 	inline bool operator!=(const val_t&A)const{         return pos!=A.pos;     } }; inline val_t max(val_t a,val_t b){     return a>b?a:b; } inline val_t min(val_t a,val_t b){     return a<b?a:b; } struct pairval_t{     val_t x,y; }; const val_t pos_inf={inf,0}; const val_t neg_inf={-inf,0}; inline pairval_t max(pairval_t a,pairval_t b){ 	pairval_t ans={max(a.x,b.x),neg_inf}; 	if(a.x!=ans.x and a.x>ans.y) ans.y=a.x; 	if(a.y!=ans.x and a.y>ans.y) ans.y=a.y; 	if(b.x!=ans.x and b.x>ans.y) ans.y=b.x; 	if(b.y!=ans.x and b.y>ans.y) ans.y=b.y; 	return ans; } inline pairval_t min(pairval_t a,pairval_t b){ 	pairval_t ans={min(a.x,b.x),pos_inf}; 	if(a.x!=ans.x and a.x<ans.y) ans.y=a.x; 	if(a.y!=ans.x and a.y<ans.y) ans.y=a.y; 	if(b.x!=ans.x and b.x<ans.y) ans.y=b.x; 	if(b.y!=ans.x and b.y<ans.y) ans.y=b.y; 	return ans; } struct pairval_t maxn[300001],minn[300001]; struct val_t val[300001]; inline val_t askmax(int x,int pos){     return (maxn[x].x.pos==pos)?maxn[x].y:maxn[x].x; } inline val_t askmin(int x,int pos){     return (minn[x].x.pos==pos)?minn[x].y:minn[x].x; } struct dsu{     int fa[300001];     inline void clear(){         for(int i=1;i<=n;++i){             fa[i]=i;         }     }     int operator[](int id){         if(id==fa[id]) return id;         return fa[id]=this->operator[](fa[id]);     } }d; inline long long Roukusaka(){ 	long long ans=0;     d.clear(); 	for(int i=1;i<=n;++i){ 		maxn[i].x={a[i],i};         maxn[i].y=neg_inf; 		minn[i].x={a[i],i};         minn[i].y=pos_inf; 	} 	for(int i=2;i<=n;++i){         maxn[i]=max(maxn[i-1],maxn[i]);     } 	for(int i=n-1;i>=1;--i){         minn[i]=min(minn[i+1],minn[i]);     } 	while(1){         bool flag=false; 		for(int i=1;i<=n;++i){             val[i]=pos_inf;         } 		for(int i=1;i<=n;++i){ 			int now=d[i]; 			val_t p=askmin(i,now);             val_t q=askmax(i,now); 			if(q.val!=-inf and a[i]-q.val<=val[now].val){                 val[now]={a[i]-q.val,q.pos};             } 			if(p.val!=inf and p.val-a[i]<=val[now].val){                 val[now]={p.val-a[i],p.pos};             } 		} 		for(int i=1;i<=n;++i){ 			if(d[i]==i){                 if(d[val[i].pos]==i or val[i].val==inf) continue;                 d.fa[d[val[i].pos]]=i;                 ans+=val[i].val;                 flag=true;             } 		} 		for(int i=1;i<=n;++i){ 			maxn[i].x={a[i],d[i]};             maxn[i].y=neg_inf; 			minn[i].x={a[i],d[i]};             minn[i].y=pos_inf; 		} 		for(int i=2;i<=n;++i){             maxn[i]=max(maxn[i-1],maxn[i]);         } 		for(int i=n-1;i>=1;--i){             minn[i]=min(minn[i+1],minn[i]);         }         if(!flag) break; 	} 	return ans; } int main(){ 	ios::sync_with_stdio(false);     cin>>n; 	for(int i=1;i<=n;++i){         cin>>a[i];     } 	cout<<Roukusaka(); }  

CF888G Xor-MST

完全图上每个点有点权 (a_i),定义 ((u,v)(uneq v)) 的边权为 (a_u operatorname{xor} a_v),求最小生成树

考虑放到 trie 树上维护异或和最值

码量还行,找个时间码了

(紫)

给定两颗带权无向树 (T_1,T_2),定义 (dis_i(x,y)) 表示树 (T_i)(x,y) 间的距离,现有一完全二分图,左部,右部分别有 (n) 个点,定义左部点 (i) 与右部点 (j) 之间的边权为 (maxlimits_{x=1}^n(dis_1(i,x)+dis_2(j,x))),求完全二分图最小生成树

https://h.hszxoj.com/d/hztg/contest/6716222721518607d314c04f/file/graph.cpp

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