算法笔记_164:算法提高 最小方差生成树(Java)

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1 问题描述

2 解决方案

 

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1 问题描述

问题描述

给定带权无向图，求出一颗方差最小的生成树。

输入格式

输入多组测试数据。第一行为N,M，依次是点数和边数。接下来M行，每行三个整数U,V,W，代表连接U,V的边，和权值W。保证图连通。n=m=0标志着测试文件的结束。

输出格式

对于每组数据，输出最小方差，四舍五入到0.01。输出格式按照样例。

样例输入

4 5
1 2 1
2 3 2
3 4 2
4 1 1
2 4 3
4 6
1 2 1
2 3 2
3 4 3
4 1 1
2 4 3
1 3 3
0 0

样例输出

Case 1: 0.22
Case 2: 0.00

数据规模与约定

1<=U,V<=N<=50,N-1<=M<=1000,0<=W<=50。数据不超过5组。

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2 解决方案

本题主要考查Kruskal算法，其中的重点在于并查算法的应用，在寻找最小平方差的最小生成树时，需要枚举边权值的均值。

但是，依照这样的方法，在蓝桥练习系统中测评一直为50分，在网上找了一下其他网友写的C代码，提交也是50分，可能是蓝桥练习系统的后台测试数据有点问题，也有可能是本题枚举的精确度不够。

具体代码如下：

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
import java.util.Comparator;
import java.util.Scanner;

public class Main {
    public static int n, m;
    public static double minV;  //输入所有边中权值最小的边
    public static double maxV;  //输入所有边中权值最大的边
    public static int[] id;
    public static ArrayList<edge> map;
    public static ArrayList<Double> result = new ArrayList<Double>();

    class MyComparator implements Comparator<edge> {
        public int compare(edge arg0, edge arg1) {
            if(arg0.w > arg1.w)
                return 1;
            else if(arg0.w < arg1.w)
                return -1;
            return 0;
        }
    }

    static class edge {
        public int a;  //边的起点
        public int b;  //边的终点
        public double v;  //边的权值
        public double w;  //边权的方差值

        public edge(int a, int b, double v) {
            this.a = a;
            this.b = b;
            this.v = v;
            this.w = 0;
        }
    }

    public void init() {
        minV = Double.MAX_VALUE;
        maxV = Double.MIN_VALUE;
        map = new ArrayList<edge>();
    }

    public int find(int a) {
        int root = a;
        while(id[root] >= 0) {
            root = id[root];
        }
        int k = a, i;
        while(k != root) {
            i = id[k];
            id[k] = root;
            k = i;
        }
        return root;
    }

    public void union(int a, int b) {
        int rootA = find(a);
        int rootB = find(b);
        if(rootA == rootB)
            return;
        int num = id[rootA] + id[rootB];
        if(id[rootA] < id[rootB]) {
            id[rootB] = rootA;
            id[rootA] = num;
        } else {
            id[rootA] = rootB;
            id[rootB] = num;
        }
    }

    public void getResult() {
        double avg = minV;
        double minResult = Double.MAX_VALUE;
        for(;avg <= maxV;avg = avg + 0.3) {  //此处是解决本题的关键，即枚举最小生成树的边权的均值
            for(int i = 0;i < map.size();i++) {
                double v = map.get(i).v - avg;
                map.get(i).w = v * v;
            }
            Collections.sort(map, new MyComparator());
            id = new int[n + 1];
            for(int i = 1;i <= n;i++)
                id[i] = -1;
            double sum = 0;
            double[] value = new double[n - 1];
            int count = 0;
            for(int i = 0;i < map.size();i++) {
                int rootA = find(map.get(i).a);
                int rootB = find(map.get(i).b);
                if(rootA != rootB) {
                    union(map.get(i).a, map.get(i).b);
                    value[count++] = map.get(i).v;
                    sum += map.get(i).v;
                    if(count == n - 1)
                        break;
                }
            }
            sum = sum / (n - 1);
            double temp = 0;
            for(int i = 0;i < value.length;i++) {
                temp = temp + (value[i] - sum) * (value[i] - sum);
            }
            temp = temp / (n - 1);
            if(minResult > temp)
                minResult = temp;
        }
        result.add(minResult);
    }

    public static void main(String[] args) {
        Main test = new Main();
        Scanner in = new Scanner(System.in);
        while(true) {
            n = in.nextInt();
            m = in.nextInt();
            if(n == 0 || m == 0)
                break;
            test.init();
            for(int i = 1;i <= m;i++) {
                int a = in.nextInt();
                int b = in.nextInt();
                double v = in.nextDouble();
                map.add(new edge(a, b, v));
                minV = Math.min(minV, v);
                maxV = Math.max(maxV, v);
            }
            test.getResult();
        }
        for(int i = 0;i < result.size();i++) {
            System.out.print("Case "+(i+1)+": ");
            System.out.printf("%.2f", result.get(i));
            System.out.println();
        }
    }
}