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数学知识体系

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⌕2026/8/31
概念

最小生成树

用最小总权重连通所有顶点:Kruskal 按边排序贪心加边、Prim 按点扩展,Borůvka 算法适合并行,是贪心思想的典范。

所属主题:图论 ↗
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当前概念

最小生成树图论

01定义

最小生成树用最小总权重连通所有顶点。Kruskal 按边权排序贪心加边(并查集判圈),Prim 从一点出发贪心扩展,Borůvka 多源并行——三者都是贪心思想的最优性典范,正确性由割性质保证。
2 3 4 5 9 7 金边总权 14:连通全图的最省骨架(虚边更贵,弃之)
最小生成树:金边连通所有顶点且总权最小

02核心要点

01

割性质

任一割的最轻跨割边必属于某 MST——Kruskal 与 Prim 的正确性全赖此引理;环性质(圈上最重边可弃)是其对偶。

02

算法对比

Kruskal O(Elog⁡E)O(E\log E) 配并查集、适合稀疏图;Prim 配二叉堆 O(Elog⁡V)O(E\log V)、斐波那契堆 O(E+Vlog⁡V)O(E+V\log V)、适合稠密图;Borůvka 天然并行。

03

唯一性与灵敏度

边权互异则 MST 唯一;「次小生成树」与灵敏度分析只需换一条边——工程备份路线的理论支撑。

03关键公式

MST: min⁡∑e∈Tw(e) s.t. T 连通无圈\text{MST}:\ \min\sum_{e\in T}w(e)\ \text{s.t.}\ T\ \text{连通无圈}

04历史沿革

捷克数学家 Borůvka 1926 年为电网设计发明第一个 MST 算法;Kruskal 1956、Prim 1957 分别独立给出今天通用的两个版本。

05应用与延伸

通信网与电网的最低成本铺设、聚类分析(单链接聚类即 MST 截断)、图像分割、近似 TSP(2 倍近似以 MST 为骨架)。

06交互演示

Kruskal:按权排序逐步连树每次取最小权边且不成环,直到 n−1 条边

07相关概念