圖論之帶權圖「最小生成樹(Minimum Span Tree)」

ice_moss發表於2021-05-26

一、介紹

  • 最小生成樹:指在一張有V個節點和V-1條邊的圖中,V-1條邊連線V個節點,所有邊的權值之和最小,所形成的樹。
    如下圖:紅色的邊和所有節點相連所形成的一顆樹,就是最小生成樹
    圖論之帶權圖「最小生成樹(Minimum Span Tree)」

  • 適用範圍:

    • 帶權無向圖
    • 通常為連通圖(如果有多個不連通的圖,則每個子圖的最小生成樹之和就為最小生成樹森林)

二、實際應用

最小生成樹廣泛應用於各種場景,如:

  • 電纜佈線設計
  • 網路設計
  • 電路設計
  • 城市線路規劃
  • ……等

三、基於切分定理的最小生成樹

切分定理:指將一張圖劃分為兩個陣營(這裡使用紅色陣營和藍色陣營),當一條邊的w節點為紅色陣營,v節點為藍色陣營,此時的這條邊就屬於橫切邊。
例項:如下圖
圖論之帶權圖「最小生成樹(Minimum Span Tree)」

如下,橫切邊就有:

0.29
0.36
0.34
0.16
0.38

圖論之帶權圖「最小生成樹(Minimum Span Tree)」

由此可見,給定任意切分,橫切邊中權值最小的,必然屬於最小生成樹
下圖中0.16就屬於最小生成樹

圖論之帶權圖「最小生成樹(Minimum Span Tree)」

又如下圖中
橫切邊為:

0.52
0.40
0.58
0.39

其中0.40屬於最小生成樹中

圖論之帶權圖「最小生成樹(Minimum Span Tree)」

由此可見,給定任意切分,橫切邊中權值最小的,必然屬於最小生成樹
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