Thuật toán Kruskal tìm cây khung nhỏ nhất

Định nghĩa cây khung – Cây khung nhỏ nhất

Cho đồ thị vô hướng, cây khung (spanning tree) của đồ thị là một cây con chứa tất cả các đỉnh của đồ thị. Nói cách khác, cây khung là một tập hợp các cạnh của đồ thị, không chứa chu trình và kết nối tất cả các đỉnh của đồ thị.

Trong đồ thị có trọng số, cây khung nhỏ nhất là cây khung có tổng trọng số các cạnh nhỏ nhất. Định nghĩa tương tự với cây khung lớn nhất.

Thuật toán Kruskal

Ban đầu mỗi đỉnh là một cây riêng biệt, ta tìm cây khung nhỏ nhất bằngcách duyệt các cạnh theo trọng số từ nhỏ đến lớn, rồi hợp nhất các cây lại với nhau.

Cụ thể hơn, giả sử cạnh đang xét nối 2 đỉnh u và v nếu 2 đỉnh này nằm ở 2 cây khác nhau thì ta thêm cạnh này vào cây khung, đồng thời hợp nhất 2 cây chứa u và v.

Để thực hiện thao tác trên một cách nhanh chóng, ta sử dụng cấu trúc Disjoint Set, độ phức tạp của toàn bộ thuật toán là O(M log M) với M là số cạnh.

Cài đặt

Đoạn code dưới cài đặt thuật toán Kruskal, có thể dùng để nộp bài

QBMST.

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm> // Hàm sort
using namespace std;
 
// Cấu trúc để lưu cạnh đồ thị,
// u, v là 2 đỉnh, w là trọng số cạnh
struct edge {
    int u, v, w;
};
// Hàm so sánh để dùng trong hàm sort ở dưới
bool cmp(const edge &a, const edge &b) {
    return a.w < b.w;
}
 
// Số đỉnh tối đa trong đề bài
#define N 10005
 
// 2 mảng sử dụng trong Disjoint Set
int cha[N], hang[N];
 
// Tìm xem u thuộc cây nào
int find(int u) {
    if (cha[u] != u) cha[u] = find(cha[u]);
    return cha[u];
}
 
// Hợp nhất 2 cây chứ u và v,
// Trả về false nếu không thể hợp nhất
bool join(int u, int v) {
    u = find(u); v = find(v);
    if (u == v) return false;
    if (hang[u] == hang[v]) hang[u]++;
    if (hang[u] < hang[v]) cha[u] = v;
    else cha[v]=u;
    return true;
}
 
int main() {
    // Thêm dòng này để cin, cout chạy nhanh
    ios::sync_with_stdio(false); cin.tie(0);
 
    // Nhập vào số đỉnh và số cạnh
    int n, m; cin >> n >> m;
 
    // Nhập danh sách các cạnh
    vector<edge> edges(m);
    for (edge &e: edges) cin >> e.u >> e.v >> e.w;
 
    // Sắp xếp lại các cạnh theo trọng số tăng dần
    sort(edges.begin(), edges.end(), cmp);
 
    // Khởi tạo cấu trúc Disjoint Set
    for (int i=1; i<=n; i++) {
        cha[i] = i;
        hang[i] = 0;
    }
 
    // Lưu tổng trọng số các cạnh trong cây khung nhỏ nhất
    int mst_weight = 0;
 
    // Duyệt qua các cạnh theo thứ tự đã sắp xếp
    for (edge &e: edges) {
        // Thử hợp nhất 2 cây chứa u và v
        if (join(e.u, e.v)) {
            // Hợp nhất thành công, ta thêm e và kết quả
            mst_weight += e.w;
        }
    }
 
    // Xuất kết quả
    cout << mst_weight;
    return 0;
}

Thuật toán sắp xếp tuần tự

Bài toán đặt ra

Cho mảng A gồm n phần tử. Sắp xếp lại dãy A theo chiều giảm dần

Nhập vào: số nguyên dương n và dãy A.

8
9 7 6 15 16 5 10 11
Xuất ra: dãy A sau khi đã được sắp xếp
5 6 7 9 10 11 15 16

Ý tưởng

Tư duy đơn giản như cách chúng ta xếp bài

sap-xep-1-yeulaptrinhHình trên là thao tác xếp cây bài 7 bằng cách rút nó ra và đặt vào vị trí của phù hợp.

Giải sử bài trên tay đang là:

2 5 7 10 4

ta thấy dãy 2,5,7,10 đã tăng dần chỉ còn cây 4 đứng chưa đúng chỗ nên ta đẩy 4 lên trước 10, rồi lên trước 7 cứ như vậy đến khi gặp cây 2 đứng trước. 2 < 4 suy ra thì dừng. Dãy trở thành

2 4 5 7 10

Dãy đã được sắp xếp.

Ý tưởng: duyệt lần lượt từng cây bài, nếu cây bài nhỏ thì ta đẩy dần lên đầu đến khi nào không chuyển lên được nữa

Ví dụ khác:

sap-xep-yeulaptrinh.pwCode:

#include <bits/stdc++.h>

using namespace std;

int n, a[10000];

void doi_cho(int *x, int *y) {
    int tmp = *x;
    *x = *y;
    *y = tmp;
}

int main() {
    cin >> n;
    for (int i=1; i<=n; i++) cin >> a[i];
    for (int i=1; i<=n; i++)
    {
        for (int j=1; j<i; j++)
            if (a[j] > a[i])
            {
                doi_cho(&a[i], &a[j]);
            }
    }
    for (int i=1; i<=n; i++) cout << a[i] << " ";
    return 0;
}
Ví dụ:

Với dãy A = {12, 11, 13, 5, 6}

Cho i chạy từ 1 đến 4

i=1. không làm gì cả

12, 11, 13, 5, 6

i = 2. Vì 11 nhỏ hơn 12 nên chuyển 11 lên trước 12
11, 12, 13, 5, 6

i = 3. 13 không cần chuyển lên đầu nữa
11, 12, 13, 5, 6

i = 4. 5 được chuyển chỗ với 13 rồi chuyển chố tiếp lần lượt với 12, 11.
5, 11, 12, 13, 6

i = 5. 6 cũng giông như 5 được chuyển dần lên đến khi gặp 5 nhỏ hơn thì dừng lại
5, 6, 11, 12, 13

Độ phức tạp:

  • O(n^2)

 

Quý bạn đọc có ý kiến, thắc mắc xin comment bên dưới <3

Tìm kiếm nhị phân (chặt nhị phân) toàn tập

Đã lâu rồi mình chưa viết bài mới, hôm nay mình xin chia sẻ với các bạn cách code thuật toán tìm kiếm phân mà mình thường sử dụng.

Chắc mọi người cũng biết, cùng một thuật toán tìm kiếm nhị phân nhưng có rất nhiều cách code khác nhau, tất cả đều chính xác, tốc độ nhanh như nhau. Và cách mình chia sẻ dưới đây là một trong những cách dễ hiểu nhất, linh hoạt nhất mà tốc độ chạy cũng khá tốt (cách này của anh Kiên – HCB Olympic Tin học Quốc tế)

Dãy con tăng – Tìm phần tử lớn nhất nhỏ hơn x (chỉ số lớn nhất)

// day con tang – tim phan tu lon nhat nho hon x ( chi so lon nhat);

function tim2(r,x : longint) : longint;

  var d,c,g : longint;

  begin

    d:=0;c:=r;

    g:=(d+c) div 2;

    while (g<>d) and (g<>c) do

      begin

        if b[g]>=x then c:=g else d:=g;

        g:=(d+c) div 2;

      end;

    for g:=c downto  d do

      if b[g]<x then exit(g);

   end;

Dãy con tăng – Tìm số bé nhất lớn hơn hoặc bằng x (chỉ số bé nhất)

// day con tang – so be nhat lon hon hoac bang x (chi so be nhat);

sort(a);

left=1, right=n;
i = (left + right) / 2;

while (left != i) and (i != right) do
    if a[i]>=k then right = i;
    else left = i;
    i = (left + right) / 2;

for i = left to right do

if a[i]>=k then return a[i];

print “Not found”

Dãy con tăng – Tìm số bé nhất lớn hơn hoặc bằng x (chỉ số lớn nhất)

// day con tang – so be nhat lon hon hoac bang x ( chi so lon nhat);

sort(a);

left=1, right=n;
i = (left + right) / 2;

while (left != i) and (i != right) do
    if a[i]>k then right = i;
    else left = i;
    i = (left + right) / 2;

for i = right to left do

if a[i]<=k then return a[i];

print “Not found”

Dãy con giảm – Tìm phần tử cuối cùng lớn hơn x

//day con giam – tim phan tu cuoi cung lon hon x

function tim1(r,x : longint) : longint;

  var d,c,g : longint;

  begin

    d:=0;c:=r;

    g:=(d+c) div 2;

    while (g<>d) and (g<>c) do

      begin

        if b[g]>x then d:=g else c:=g;

        g:=(d+c) div 2;

      end;

    for g:=c downto d do

      if b[g]>x then exit(g);

  end;

Dãy con giảm – Tìm phẩn tử đầu tiên nhỏ hơn x

//day con giam – tim phan tu dau tien nho hon x

function tim1(r,x : longint) : longint;

  var d,c,g : longint;

  begin

    d:=0;c:=r;

    g:=(d+c) div 2;

    while (g<>d) and (g<>c) do

      begin

        if b[g]>x then d:=g else c:=g;

        g:=(d+c) div 2;

      end;

    for g:=d to c do

      if b[g]>x then exit(g);

  end;

Các bài khác nhau với các yêu cầu tìm kiếm khác nhau bạn có thể dễ dàng sửa đổi cho phù hợp nếu sử dụng cách tìm kiếm nhị phân mình vừa trình bày.

Mọi thắc mắc rất mong nhận được từ quý bạn đọc <3