グラフ理論の問題
頂点集合 をもつ重みつき単純無向グラフ があり、辺とその重みは次の 本である。
の最小全域木の重み(最小全域木に含まれる辺の重みの和)を求めよ。
この問題で使うもの
- 最小全域木(クラスカル法・プリム法)(説明と入口の問題)
この問題を解けるようになるまで(7 技能)
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右端(太枠)がこの問題で使う技能です。左へドラッグすると、さらに前の前提をさかのぼれます。技能を押すと、そこまでの道筋が光ります。
ヒント
行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。
ヒント 1
最小全域木を求める技能(クラスカル法)を使う。辺を重みの小さい順に並べ、閉路ができない辺だけを採用していく。
ヒント 2
頂点が 個なので、全域木の辺は 本。 本採用したら終わりにしてよい。
ヒント 3
重み の 、重み の 、重み の はどれも閉路を作らないので採用できる。次の重み の はどうか調べよう。
答えと解説
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解説を読む
方針:クラスカル法を使う。辺を重みの小さい順に見ていき、閉路ができなければ採用し、閉路ができるなら捨てる。
頂点数は なので、全域木の辺数は 本である。4 本採用した時点で終了する。
辺を重みの小さい順に並べると
である。
1. (重み ):閉路はできないので採用。成分は , , , 。
2. (重み ): と は別の成分なので採用。成分は , , 。
3. (重み ): と は別の成分なので採用。成分は , 。
4. (重み ): と は別の成分なので採用。成分は の 1 つになった。
これで 本の辺 を採用し、全域木ができたので終了する(残りの辺 はどれも同じ成分内の 2 頂点を結ぶので、加えると閉路ができる)。
よって最小全域木の重みは
である。
(なお、辺の重みがすべて異なるので最小全域木はただ 1 つに決まる。)
別解
クラスカル法を用いる。辺を重みの小さい順に並べると DE:1, AC:2, BD:3, AB:4, BC:5, CD:6, CE:7, AE:8 となる。
1. DE(1) を採用する。{D,E} がつながる。
2. AC(2) を採用する。{A,C} がつながる。
3. BD(3) を採用する。{B,D,E} がつながる。
4. AB(4) は A と B が別の成分 {A,C}、{B,D,E} にあるので採用する。全体 {A,B,C,D,E} がつながり、辺は 4 本になる。
5. 頂点数 5 なので辺が 4 本そろった時点で終了する。
最小全域木の辺は DE, AC, BD, AB で、重みの和は 。
検算:プリム法で A から始める。AC(2)、AB(4)、BD(3)、DE(1) の順に採用され、和は 10 で一致する。