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c++怎么实现最小生成树Kruskal算法_c++ 边权排序与并查集应用【案例】

穿越時空

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发布时间:2026-01-07 15:13:02

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来源于php中文网

原创

需先用std::sort按权值w升序排序边,再用带路径压缩和按秩合并的并查集实现Kruskal:遍历排序后边,若两端点不连通则合并并累加权值,选满n-1条边即停。

c++怎么实现最小生成树kruskal算法_c++ 边权排序与并查集应用【案例】

怎么用 std::sort 对边按权值升序排序

边必须先排好序,Kruskal 才能贪心地从小到大选边。C++ 中最直接的方式是把边存成 structtuple,然后传自定义比较函数给 std::sort

  • 推荐用 struct Edge { int u, v, w; };,语义清晰,避免 tuple 的位置混淆
  • 比较函数要写成 lambda 或独立函数,不能只靠 operator(除非你重载了)
  • 务必按 w 升序,否则算法失效;若权值相同,顺序不影响正确性,但可加次级排序避免潜在不稳定
struct Edge {
    int u, v, w;
};
vector edges;
// ... 添加边
sort(edges.begin(), edges.end(), [](const Edge& a, const Edge& b) {
    return a.w < b.w;
});

并查集(Union-Find)怎么写才不超时、不写错

Kruskal 的核心是快速判断两点是否已连通,并合并集合。手写并查集必须带路径压缩 + 按秩合并,否则在稀疏图上可能退化到 O(m log n) 甚至更差。

  • parent[i] 初始为 irank[i] 初始为 0(或用 size 启发式)
  • find(x) 必须递归/迭代做路径压缩,不能只返回根而不更新
  • unionSets(a, b) 要先 find 再比秩,不能直接对原始下标操作
  • 注意:节点编号通常从 0 或 1 开始,初始化大小要对齐(比如 n+1
struct UnionFind {
    vector parent, rank;
    UnionFind(int n) : parent(n), rank(n, 0) {
        iota(parent.begin(), parent.end(), 0);
    }
    int find(int x) {
        if (parent[x] != x) parent[x] = find(parent[x]);
        return parent[x];
    }
    void unite(int x, int y) {
        x = find(x), y = find(y);
        if (x == y) return;
        if (rank[x] < rank[y]) swap(x, y);
        parent[y] = x;
        if (rank[x] == rank[y]) rank[x]++;
    }
};

怎么组装 Kruskal 主循环:边遍历 + 并查集判环 + 累加权值

主逻辑极简:遍历已排序的边,对每条边 (u, v, w),若 find(u) != find(v),就合并并加进 MST;否则跳过(成环)。

  • 用一个计数器 edges_used 控制何时退出:MST 只需 n-1 条边,满即停
  • 不要在循环里反复调用 find 两次——先存结果再比较,避免冗余查找
  • 注意图不连通时,循环结束但 edges_used ,此时应返回错误或特殊值(如 -1)
  • 权值累加用 long long 更安全,尤其边权较大或边数多时
long long kruskal(int n, vector& edges) {
    sort(edges.begin(), edges.end(), [](auto& a, auto& b) { return a.w < b.w; });
    UnionFind uf(n);
    long long total = 0;
    int edges_used = 0;
    for (auto& e : edges) {
        int ru = uf.find(e.u), rv = uf.find(e.v);
        if (ru != rv) {
            uf.unite(ru, rv);
            total += e.w;
            if (++edges_used == n - 1) break;
        }
    }
    return edges_used == n - 1 ? total : -1;
}

常见错误:节点编号越界、并查集未初始化、边权类型不匹配

这些不是逻辑问题,而是上线就崩的硬伤。

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  • 输入节点编号是 1-indexed(比如题目说 “1 到 n”),但你开了 UnionFind(n) 却用 uf.find(e.u) 直接传入——若 e.u == n,下标就是 n,越界!应开 n+1 或统一转 0-indexed
  • UnionFind 构造时忘了 iota 或循环初始化 parent,导致所有 find 返回随机值
  • 边权是 int,但总和存进 int total,溢出后变成负数,还误以为图不连通
  • 排序时用了 a.w ,破坏严格弱序,std::sort 行为未定义

真正卡住人的往往不是算法思想,而是初始化范围、数据类型、索引偏移这三处——每次写完先盯这三行。

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