UPD:2026.8.8 修缮了MARKDOWN格式
叠甲:没事干写一篇好玩,不喜勿喷,有问题欢迎指出,暂时已完结。
本文只讲Kruskal,我在vjudge拉了个比赛包含所有题目,A-R题为例题,S-Y为附加题。
前置知识:并查集,贪心,树的性质,请先行了解。
一、最小生成树的定义
> 生成树(Spanning Tree):一个连通无向图的生成子图,同时要求是树.也即在图的边集中选择 𝑛−1𝑛 −1n−1条,将所有顶点连通。我们定义无向连通图的最小生成树(Minimum Spanning Tree,MST)为边权和最小的生成树。
> From oi-wiki
二、KRUSKAL算法模板
Kruskal算法是一种贪心算法,非常好写,算法的思想是由边权从小到大遍历,只要两个节点还未联通,就把它们连上。维护连通性的问题,套用单次合并 O(logn)O(\log n)O(logn) 或者 𝑂(α(𝑚))𝑂(\alpha(𝑚))O(α(m)) 的并查集即可。加上排序的 O(mlogm)O(m\log m)O(mlogm),Kruskal算法的总复杂度为 O(mlogm+mlogn)O(m \log m + m \log n)O(mlogm+mlogn)。
贴上模板代码(即A题代码)
三、例题
B
这就是最大生成树的模板,排序规则改掉就行了。
Code
C
跑 WWW 遍最小生成树,注意在输入时给每条边加一个第几周开放的参数,跑最小生成树时检测边的开放时间是否小于等于当前时间即可,这样就不用每周都排序了。
Code
D
假设能使用 kkk 个卫星设备,就相当于让 kkk 个点直接连通,在最小生成树中,一定会用 k−1k-1k−1 条边。那么最优方案就一定是把原图中最长的 k−1k-1k−1 条边的边权取消,只需输出最小生成树中第 kkk 长的边即可。
Code
E
题目要求我们最大化任意两个部落之间的距离的最小值,实际上这个最小值就是在不同部落的任意两个居住点的最近距离。不难想到在部落内部尽量连较短的边,不让更短的边放在不同部落之间。因为要分为 kkk 个部落,因此只需要 n−kn-kn−k 条有用的边(遍历到这条边时两节点还未被联通的边)即可,所以直接输出第 n−k+1n-k+1n−k+1 条有用边的长度即可。(就是连结两个部落的边中最短的)
Code
F
构造为图论问题,快速幂预处理连边,没了。
Code
G
在线算法不知道怎么办,考虑离线处理,把所有查询的边都放进去排序,跑最小生成树,跑的过程中如果是原本就有的边直接正常处理,如果是查询边,检测这条边是否有用(即两个点是否已联通),如果有用就把Yes放入答案,没有就放入No,注意查询之间相互独立,所以就算有用也千万不要加边。
Code
H
直接连边 O(n2)O(n^2)O(n2) 指定炸,考虑删边,例如当 xi≤xj≤xkx_i \leq x_j \leq x_kxi ≤xj ≤xk 时,只需要连接 iii 与 jjj、jjj 与 kkk,而不需要连 iii 与 kkk。那么我们按 x,yx,yx,y 分别排序后将相邻点连边即可。可以证明如果一条边是有效的,那么一定不会在按 xxx 排序和按 yyy 排序后都被鉴定为无效边。
Code
I
就是求在不用第一条边的情况下,第一条边的两个点联通的最小边权。跑第2-m条边最小生成树过程中检测第一条边两个点的连通性即可,注意如果最终都无法联通,输出 10910^9109。
Code
J
首先买了第 III 样东西,再买第 JJJ 样的情况显然可以看做一条边权为 KI,JK_{I,J}KI,J 的边,那么直接买一样东西花费 AAA 元的情况怎么办呢?这时候就可以引入一个超级源点,即 000 号点,这样就可以把这种情况构造为一条从 000 联向任意一点的边权为 AAA 的边了。
Code
K
和J题几乎一模一样,挖水井就是向超级源点建边,修筑水道就是普通连边。
Code
L
不讲了,L ≈\approx≈ K,但是注意这是远古题目答案末尾一定要换行!!!我被这个坑了20分钟。
Code
M
笑点解析:
接近正解的错误方法PPL已经给我们介绍过了,就是建两个超级源点分别代表港口与机场,然后暴力跑 Kruskal,但是这样有个问题:我们的目标不是让包括超级源点在内的所有点联通,只是1到n号点的联通,因此可能会出现无效连边(明明1到n号点已经联通了还非要去连接超级源点)。
那么怎么办呢?注意到超级源点可以用也可以不用,那么枚举这两个超级源点的使用情况跑4遍 Kruskal 即可,注意可以给每条边一个编号,说明它属于机场边,港口边还是道路边,这样就不需要每次枚举使用情况都排序了。
那么为什么J、K、L没有这个问题呢?因为J、K、L题都必须使用超级源点,但是这道题就不一样了。
Code
N
先不考虑额外的 MMM 条边,只看如何最小化生成树的 ax+aya_x+a_yax +ay 之和,显然最优方案是一个菊花图,即将所有点都直接连向 axa_xax 最小的点。如果不考虑额外 MMM 条边时,一条边不在最小生成树内,那么再加入 MMM 条边后,也一定不需要考虑,所以只需要连上原始生成树的 N−1N-1N−1 条边和额外的 MMM 条边并跑 Kruskal 即可。
Code
O
不讲了,O ≈\approx≈ K,建边的公式不同,改一下就行了。
Code
P
看完前面的题,你会发现 Road 真不难
首先因为村庄数少,不难想到遍历所有村庄的修复状态跑2k2^k2k次最小生成树,时间复杂度 O(2kmlogm)O(2^kmlogm)O(2kmlogm),48pts48pts48pts,考虑优化。
根据N题的剪枝方法,在不考虑村庄的情况下不在最小生成树内的边,有了村庄就更不可能在最小生成树内了。那么就可以预处理跑一边Kruskal,将最小生成树内的边放入新的边集,可以大幅缩减边数(1.1×106→1.1×1051.1\times10^6\to1.1\times10^51.1×106→1.1×105)。
根据M题的方法对包含村庄边在内的所有边进行预编号和预排序,这样就不用排 2k2^k2k 次序了。
最终时间复杂度 O(mlogm+2knklogn)O(mlogm+2^knklogn)O(mlogm+2knklogn),也可以加上启发式合并 O(mlogm+2knkα(n))O(mlogm+2^knk\alpha(n))O(mlogm+2knkα(n))。
Code
Q
Kruskal 重构树模板题
构建方法
首先肯定是优先连载重限制较大的边最优,所以先将边权从大到小排序,每次连边时,创造一个虚拟节点,点权就是这条边的边权,让连接的两个点成为它的左右儿子。不难发现在进行 m−1m-1m−1 轮操作后,我们得到了一棵二叉树,且任意非叶子节点都恰好有2个儿子,这就是 Kruskal 重构树。
性质
> 不难发现,原图中两个点之间的所有简单路径上最大边权的最小值 = 最小生成树上两个点之间的简单路径上的最大值 = Kruskal 重构树上两点之间的 LCA 的权值。
> From oi-wiki
那么倍增即可。
Code
R
不讲了,R ≈\approx≈ Q,上题是最大生成树,这题是最小生成树,没了。
Code