题目: 寻宝

题目描述

在世界的某个区域，有一些分散的神秘岛屿，每个岛屿上都有一种珍稀的资源或者宝藏。国王打算在这些岛屿上建公路，方便运输。

不同岛屿之间，路途距离不同，国王希望你可以规划建公路的方案，如何可以以最短的总公路距离将 所有岛屿联通起来（注意：这是一个无向图）。

给定一张地图，其中包括了所有的岛屿，以及它们之间的距离。以最小化公路建设长度，确保可以链接到所有岛屿;

提取关键: 存在一些点, 存在一些边, 每条边都有一定的代价, 求将所有点连通的最小代价;

Kruskal 算法

思路

将边按代价从小到大进行排序, 然后从代价最小的开始遍历, 尽量选择代价小的边加入结果集中, 最终使得整个图连通;

当我们遍历到一条边, 这条边所连的两个顶点本身就已经连通时, 那么这条边是多余的, 如果加入, 会产生环;

并查集

并查集的作用与代码在上一篇文章中有详细介绍, 可以到专栏中查看;

前文介绍了并查集的两大作用: 判断两点之间是否连通以及求集合大小; 这里, 介绍另一个用途: 判断无向图中是否存在环;

在无向图中, 如果一条边的两个端点本来就是连通的(处在同一集合中), 那么这个边的加入必然会使得图中产生 "环" 假设图中有 1, 2, 3 三个顶点, 有 [1, 2], [1, 3] 两条边, 现在考虑加入 [2, 3] 这条边, 原本结点 2 和 结点 3 就已经处于连通状态, 现在加入 [2, 3] 必定导致图中出现环状结构;

利用并查集, 就可以在将边纳入[边集]之前进行判断, 判断当前边的加入是否会导致出现环;

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代码

import java.util.*;

public class Main{
    public static void main(String[] args){
        kruskal();
    }
   
    // 求最小生成树代价; 对边代价排序, 由小到大连接即可, 连接过程中用 Union 判断环
    private static void kruskal(){
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        int vNum = sc.nextInt();
        int eNum = sc.nextInt();
        int[][] edges = new int[eNum][3];
        for(int i = 0; i < eNum; i++){
            for(int j = 0; j < 3; j++){
                edges[i][j] = sc.nextInt();
            }
        }
        Arrays.sort(edges, (e1, e2) -> Integer.compare(e1[2], e2[2]));
        
        Union union = new Union(vNum);
        int res = 0;
        for(int[] edge : edges){
            if(!union.isSame(edge[0], edge[1])){
               res += edge[2];
               union.join(edge[0], edge[1]);
            }
        }
        System.out.println(res);
    }
}


class Union{
    private int[] father;
    
    public Union(int size){
        father = new int[size + 1];
        for(int i = 1; i <= size; i++){
            father[i] = i;
        }
    }
    
    public int root(int i){
        int temp = i;
        while(father[temp] != temp){
            temp = father[temp];
        }
        father[i] = temp;
        return temp;
    }
    
    public boolean isSame(int i1, int i2){
        return root(i1) == root(i2);
    }
    
    public void join(int i1, int i2){
        father[root(i2)] = root(i1);
    }
}