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C++怎么实现Kruskal最小生成树_C++并查集辅助【图论】

穿越時空

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发布时间:2026-02-24 13:44:03

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来源于php中文网

原创

用并查集判断加边是否成环:初始化各点独立,对边(u,v)先find(u)和find(v),若结果相同则已连通、会成环;find须路径压缩,union推荐按秩合并。

c++怎么实现kruskal最小生成树_c++并查集辅助【图论】

怎么用并查集判断边是否成环

Kruskal 的核心是按权值从小到大加边,但每加一条边前必须确认它不会和已有边构成环。直接遍历图找环太慢,而并查集(Union-Find)刚好能以接近 O(α(n)) 的均摊代价回答「两个顶点是否已在同一连通分量」——也就是「加这条边会不会成环」。

实操要点:

  • 初始化时每个顶点自成一个集合,parent[i] = i
  • 对每条边 (u, v),先 find(u)find(v);如果结果相同,说明已连通,跳过
  • find 必须带路径压缩(否则退化成链表,find 可能 O(n)
  • union 推荐按秩合并(或按大小合并),避免树退化;不合并也行,但大数据下性能明显下降

边怎么排序才不影响正确性

Kruskal 依赖严格按边权升序处理,但 C++ 中 std::sort 默认不保证稳定,如果多条边权值相同,它们的相对顺序不确定——而这对结果无影响,只要所有同权边都放在相邻位置即可。

常见错误现象:sort(edges.begin(), edges.end()) 直接对 vector<tuple>></tuple> 排序可能因字段顺序出错。

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  • vector<array>></array> 或自定义结构体,重载 operator,确保先比权重,再比端点(可选,仅用于调试一致性)
  • 或传 lambda:sort(edges.begin(), edges.end(), [](const auto& a, const auto& b) { return get(a) (b); });(假设权重在第 0 位)
  • 别把权重存在 double 里再排序——浮点误差可能导致顺序错乱;整数权值优先

为什么 Kruskal 在稀疏图上比 Prim 更合适

时间复杂度决定适用场景:O(E log E) 主要来自排序,而并查集操作总和几乎是线性的。当边数 E 远小于顶点数平方(即 E ≈ O(V)),这个复杂度比 Prim 的二叉堆实现 O(E log V) 更友好,更不用说斐波那契堆的常数开销了。

实操中要注意:

  • 如果图是稠密的(比如邻接矩阵存的完整图),边数 E = V²,此时 log E ≈ 2 log V,和 Prim 差不多,但排序+并查集的 cache 友好性通常仍略胜一筹
  • 输入边本身已排序?跳过 sort,直接 O(E α(V)),这是真实项目里值得检查的优化点
  • 并查集数组大小必须覆盖所有顶点编号——若顶点编号从 1 开始,别只开 parent[n],得开 parent[n+1],否则访问 parent[n] 越界

构造最小生成树时怎么保存结果边

算法过程不维护生成树结构,只累计选中的边。最直接的方式是用 vector<array>></array>vector<tuple>></tuple> 存每条被接受的边(u, v, weight)。

容易踩的坑:

  • 没在 union(u,v) 成功后才 push_back——导致把成环的边也加进去了
  • 边的端点顺序随意存,后续建图或输出时搞反方向,虽不影响权值,但调试时容易误判连通性
  • 忘了检查最终边数是否等于 V-1:如果不够,说明图不连通,应返回空或报错;这点常被忽略,尤其测试用例含孤立点时

最后提一句:并查集的 find 函数里,parent[x] = find(parent[x]) 这句压缩不能少,否则极端数据下会 TLE——不是理论问题,是实际卡点。

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