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生成树(Spanning Tree)

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小牛编辑
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2023-12-01

生成树是图G的子集,其具有覆盖有最小可能边数的所有顶点。 因此,生成树没有循环,也无法断开连接。

通过这个定义,我们可以得出结论,每个连通和无向图G都至少有一个生成树。 断开连接的图形没有任何生成树,因为它不能跨越所有顶点。

生成树木

我们从一个完整的图表中找到了三棵生成树。 完整的无向图可以具有最大n n-2个生成树数,其中n是节点数。 在上面提到的示例中, n is 3,因此3 3−2 = 3生成树是可能的。

生成树的一般属性

我们现在知道一个图可以有多个生成树。 以下是连接到图G的生成树的一些属性 -

  • 连接图G可以具有多个生成树。

  • 图G的所有可能的生成树具有相同数量的边和顶点。

  • 生成树没有任何循环(循环)。

  • 从生成树中删除一条边将使图形断开连接,即生成树minimally connected

  • 向生成树添加一条边将创建一个电路或循环,即生成树maximally acyclic

生成树的数学性质

  • 生成树有n-1边,其中n是节点数(顶点)。

  • 从完整的图表中,通过删除最大e - n + 1边,我们可以构建生成树。

  • 完整的图形可以具有最多n n-2个生成树。

因此,我们可以得出结论,生成树是连接图G的子集,而断开连接的图没有生成树。

生成树的应用

生成树主要用于查找连接图中所有节点的最小路径。 生成树的常见应用是 -

  • Civil Network Planning

  • Computer Network Routing Protocol

  • Cluster Analysis

让我们通过一个小例子来理解这一点。 考虑一下,城市网络是一个巨大的图形,现在计划以这样的方式部署电话线,即在最小线路中我们可以连接到所有城市节点。 这是生成树进入图片的地方。

Minimum Spanning Tree (MST)

在加权图中,最小生成树是生成树,其权重最小于同一图的所有其他生成树。 在实际情况中,该权重可以被测量为距离,拥塞,交通负载或任何表示边缘的任意值。

最小生成树算法

我们将在这里学习两个最重要的生成树算法 -

两者都是贪婪的算法。