克魯斯卡爾算法的核心思想是:在帶權連通圖中,不斷地在邊集合中找到最小的邊,如果該邊滿足得到最小生成樹的條件,就將其構造,直到最后得到一顆最小生成樹。
克魯斯卡爾算法的執行步驟:
第一步:在帶權連通圖中,將邊的權值排序(從小到大);
第二步:判斷是否需要選擇這條邊(此時圖中的邊已按權值從小到大排好序)。判斷的依據是邊的兩個頂點是否已連通,如果連通則繼續下一條;如果不連通,那么就選擇使其連通。
第三步:循環第二步,直到圖中所有的頂點都在同一個連通分量中,即得到最小生成樹。
下面我用圖示法來演示克魯斯卡爾算法的工作流程,如下圖:
首先,將圖中所有的邊排序(從小到大),我們將以此結果來選擇。排序后各邊按權值從小到大依次是:
HG < (CI=GF) < (AB=CF) < GI < (CD=HI) < (AH=BC) < DE < BH < DF
並且定義一個parent[]數組,大小為圖中頂點個數,初始化{0,0,0,0,0,0,0,0,0},下標對應的值是當前頂點的終結點。
H到G:1、C到I:2、G到F:2、A到B:4、C到F:4、G到I:6、C到D:7、H到I:7、A到H:8、B到C:8、D到E:9、B到H:11、D到F:14
需要注意的是:我們把上面左邊左邊定位begin,右邊頂點定為end,例如HG:H begin G end

判斷法則:當將邊CI加入到已找到邊的集合中時,是否會形成回路?
1.我們首先要判斷C和I這倆頂點分別的終頂點,C(parent對應的2下標),I(對應8下標),都是0,所以沒有回環,可以連
2.如果C和I倆終頂點是一樣的,形成回路,不符合要求,直接進行下一次操作

繼續,選擇GF邊,對G和F分別判斷終頂點是誰,因為parent數組下標5和6都是0,所以沒有回環,可以連
parent={0,0,8,0,0,0,5,6,0},意思是G頂點的終頂點是5下標(F)了
繼續,選擇AB進行判斷,因為parent數組下標0,1都是0,所以不回環,可以連接
parent={1,0,8,0,0,0,5,6,0},意思是G頂點的終頂點是5下標(F)了
繼續,對CF進行判斷,注意了parent數組下標是2對應的值是8(I),但是8下標對應的值是0,也就是說目前C的終頂點是I,F對應的下標5對應的值是0,所以他倆終點不一樣,可以連接!
同時,把I的終頂點設為F
parent={1,0,8,0,0,0,5,6,5},意思是I頂點的終頂點是5下標(F)了
繼續,這次選擇GI,注意了parent數組下標6對應的值是5,8下標的值是5,所以形成了回環,不可連!
繼續,選擇CD,C和D對應的終頂點是F和無,所以CD可以連!同時把C的終頂點F的終頂點設為D
parent={1,0,8,0,0,3,5,6,5},意思是F頂點的終頂點是3下標(D)了
繼續對邊集合所有的邊按照上面的規則判斷,得到最終的最小生成樹是:
代碼如下:
public class GraphKruskal2 { public Edge[] edges; public int edgeSize;; public GraphKruskal2(int edgeSize) { this.edgeSize = edgeSize; edges = new Edge[edgeSize]; } public void createEdgeArray() { Edge edge0 = new Edge(4, 7, 7); Edge edge1 = new Edge(2, 8, 8); Edge edge2 = new Edge(0, 1, 10); Edge edge3 = new Edge(0, 5, 11); Edge edge4 = new Edge(1, 8, 12); Edge edge5 = new Edge(3, 7, 16); Edge edge6 = new Edge(1, 6, 16); Edge edge7 = new Edge(5, 6, 17); Edge edge8 = new Edge(1, 2, 18); Edge edge9 = new Edge(6, 7, 19); Edge edge10 = new Edge(3, 4, 20); Edge edge11 = new Edge(3, 8, 21); Edge edge12 = new Edge(2, 3, 22); Edge edge13 = new Edge(3, 6, 24); Edge edge14 = new Edge(4, 5, 26); edges[0] = edge0; edges[1] = edge1; edges[2] = edge2; edges[3] = edge3; edges[4] = edge4; edges[5] = edge5; edges[6] = edge6; edges[7] = edge7; edges[8] = edge8; edges[9] = edge9; edges[10] = edge10; edges[11] = edge11; edges[12] = edge12; edges[13] = edge13; edges[14] = edge14; } class Edge { public int begin; public int end; public int weight; public Edge(int begin, int end, int weight) { this.begin = begin; this.end = end; this.weight = weight; } } public void kruskal() { int m, n, sum = 0; int[] parent = new int[edgeSize];// 下標指頂點位置,值指的是當前下標對應的頂點鄰接父節點 for (int i = 0; i < edgeSize; i++) { parent[i] = 0; } for (int i = 0; i < edgeSize; i++) { // 對邊數組進行從小到大遍歷 // 找到邊的begin,判斷當前begin的終頂點 n = find(parent, edges[i].begin); // 找到邊的end,判斷當前end的終頂點 m = find(parent, edges[i].end); // 如果當前n=m的話,就代表有回環,不能連接 if (n != m) { parent[n] = m; System.out.println("起始頂點:" + edges[i].begin + " ---結束頂點:" + edges[i].end); sum += edges[i].weight; } else { System.out.println("第" + i + "條邊回環了"); } } System.out.println("權值總和:" + sum); printArray(parent); } private int find(int[] parent, int f) { // 找到當前f節點的父節點的父節點.....(以此類推)的下標 while (parent[f] > 0) { System.out.println("找到起點:" + f); f = parent[f]; System.out.println("找到終點:" + f); } return f;// 返回的這個代表當前f暫時還沒有了父節點 } // (3) public static void printArray(int[] array) { System.out.print("{"); for (int i = 0; i < array.length; i++) { System.out.print(array[i]); if (i < array.length - 1) { System.out.print(", "); } } System.out.println("}"); } public static void main(String[] args) { GraphKruskal2 kruskal = new GraphKruskal2(15); kruskal.createEdgeArray(); kruskal.kruskal(); } }