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  • 最小生成树

    #include<iostream>
    #include<stdlib.h>//产生随机数组用
    #include<time.h> //同上
    
    using namespace std;
    
    
    class MyArc
    {
    public:
        int m_beginVex;
        int m_endVex;
        int m_weight;
        MyArc(int beginVex,int endVex,int weight);
        MyArc(){}
        bool operator < (const MyArc& arc)
        {
            return m_weight<arc.m_weight;
        }
        bool operator == (const MyArc& arc)
        {
            return m_weight==arc.m_weight;
        }
        bool operator > (const MyArc& arc)
        {
            return m_weight>arc.m_weight;
        }
    };
    
    MyArc::MyArc(int beginVex,int endVex,int weight):m_beginVex(beginVex),m_endVex(endVex),m_weight(weight)
    {
    
    }
    
    class Graph
    {
    public:
        int m_vexnum;//顶点数
        int m_arcnum;//弧数目
        int *m_pmatrix;
    public:
        ~Graph();
        Graph(int vexnum);
        Graph(int vexnum,int *pmatrix);
        void insert(MyArc arc);//按权值大小排序插入
        bool bound(int x);   //判断顶点x是否已与其它顶点连通
    
    };
    
    //构造函数
    Graph::Graph(int vexnum)
    {
        m_pmatrix=new int[vexnum*vexnum];
        m_vexnum=vexnum;
        m_arcnum=0;
        for(int i=0;i<vexnum*vexnum;++i)
        {
            m_pmatrix[i]=0; //初始化邻接矩阵
        }
    
    
    }
    
    //构造函数
    Graph::Graph(int vexnum,int *pmatrix)
    {
        m_vexnum=vexnum;
        // m_arcnum=arcnum;
        m_pmatrix=new int[m_vexnum*m_vexnum];
        for(int i=0;i<m_vexnum*m_vexnum;++i)
        {
            m_pmatrix[i]=pmatrix[i];
        }
    }
    
    //测试 顶点x是否已与其他点连通
    bool Graph::bound(int x)
    {
        for(int i=0;i<m_vexnum;++i) if(m_pmatrix[x+i*m_vexnum]!=0) return true;
        return false;
    }
    
    //在邻接表中连通 arc表示的边,并且设置权
    void Graph::insert(MyArc arc)
    {
        m_pmatrix[arc.m_beginVex*m_vexnum+arc.m_endVex]=arc.m_weight;
        m_pmatrix[arc.m_endVex*m_vexnum+arc.m_beginVex]=arc.m_weight;
        ++m_arcnum;
    }
    //析构
    Graph::~Graph()
    {
        delete[] m_pmatrix;
        m_pmatrix = NULL;
    }
    
    class MyQueues
    {
    public:
        list<MyArc> m_list;
        MyQueues(){}
        void insert(const MyArc& arc);//边按权值插入队列中合适位置,
        void InsertGraph(const Graph &graph);//将图的连通分量插入队列
        MyArc pop();
    };
    //边出队
    MyArc MyQueues::pop()
    {
        MyArc arc=m_list.front();
        m_list.pop_front();
        return arc;
    }
    //边按权值插入队列中合适位置,
    void MyQueues::insert(const MyArc& arc)
    {
        list<MyArc>::iterator pos=m_list.begin();
        while(pos!=m_list.end())
        {
            if(*pos>arc) break;
            else
                ++pos;
        }
        m_list.insert(pos,arc);
    }
    //将图的连通分量插入队列
    void MyQueues::InsertGraph(const Graph &graph)
    {
        for(int i=0;i<graph.m_vexnum;++i)
        {
            for(int j=i+1;j<graph.m_vexnum;++j)//上三角矩阵的联通分量
                  {
                    if(graph.m_pmatrix[i*graph.m_vexnum+j])
                        insert(MyArc(i,j,graph.m_pmatrix[i*graph.m_vexnum+j]));
                  }
        }
    }
    //用随机数组初始化matrix数组并且打印
    void SetMatrix(int vexnum,int *pmatrix)
    {
        srand((unsigned)time(NULL));
        for(int i=0;i<vexnum;++i)//产生随机权值矩阵
        {
            for(int j=i;j<vexnum;++j)
            {
                  if(j==i)
                  {
                      pmatrix[i*vexnum+j]=0;
                      continue;
                  }
                  int rnum=rand();
                  rnum%=99;
                  rnum++;//产生1~99的随机整数作为边的权值
                  pmatrix[i*vexnum+j]=rnum;//先填写上三角矩阵
                  pmatrix[j*vexnum+i]=rnum;//后填写下三角矩阵
            }
        }
        cout<<"***随机产生的各边权值矩阵 [顶点数为 "<<vexnum<<"] ****
    ";
      for(int i=0;i<vexnum;++i)//输出随机权值矩阵
        {
            for(int j=0;j<vexnum;++j)
            {
                  cout<<pmatrix[i*vexnum+j]<<"	";
            }
            cout<<endl;
        }
    
    }
    
    
    //判断连通边arc后 图graph 是否存在回路
    bool IsCycle(Graph& graph, MyArc& arc)
    {
        list<int> mylist;
        mylist.push_back(arc.m_beginVex);
        int *ps=new int[graph.m_vexnum];
        for(int i=0;i<graph.m_vexnum;++i)
            ps[i]=0;
        while(!mylist.empty())
        {
            int x=mylist.front();
            ps[x]=1;
            mylist.pop_front();
            for(int i=0;i<graph.m_vexnum;++i)
            {
                  if(graph.m_pmatrix[i+x*graph.m_vexnum]!=0)
                  {
                      if(i==arc.m_endVex) return true;
                      if(ps[i]!=1) mylist.push_back(i);
                  }
            }
        }
        delete[] ps;
        return false;//遍历完成没有环
    }
    
    //克鲁斯卡尔算法
    void kruskal(const Graph& graph,Graph& smtree)
    {
        MyQueues arcqueues;//保存从小到大排列的边
        arcqueues.InsertGraph(graph);
        MyArc myarc;//Arc表示边的类型
        int arcnum=0; //边的个数
        while(arcnum<graph.m_vexnum-1)//此处的含义为边的数目正好为顶点数目减一,注意与prim算法表达式相同但是含义不同
        {
            myarc=arcqueues.pop();
            if(!IsCycle(smtree,myarc))
            {
                  smtree.insert(myarc);
                  ++arcnum;
            }
        }
    }
    
    //输出最小生成树
    void SmallestTreeOutput(const Graph& smtree)
    {
        cout<<"最小生成树:"<<endl;
        for(int i=0;i<smtree.m_vexnum;++i)//输出最小树
            for(int j=i+1;j<smtree.m_vexnum;++j)
                  if(smtree.m_pmatrix[i*smtree.m_vexnum+j])
                      cout<<'('<<i<<','<<j<<','<<smtree.m_pmatrix[i*smtree.m_vexnum+j]<<')'<<endl;
    }
    
    
    /*
    主函数
    */
    
    int main()
    {
        int i;
        cout<<"请输入顶点数目:";
        cin>>i;
        int vex=i;
        int *matrix=new int[vex*vex];
        cout<<endl;
        SetMatrix(vex,matrix);
        Graph graph(vex,matrix),smtree(vex);
        kruskal(graph,smtree);
        SmallestTreeOutput(smtree);
        delete []matrix;
    }
    
    
    
    
    
    


     

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