프림(Prim) 알고리즘, 최소신장 트리
탐욕(Greedy) 알고리즘 [C++ 소스]
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//Edge.h
#pragma once
#include <string>
using namespace std;
class Edge
{
string vt1;
string vt2;
int weight;
public:
Edge(string vt1,string vt2,int height);
bool Exist(string vt)const;
bool Exist(string vt1, string vt2)const;
string Other(string vt)const;
void View()const;
int GetWeight()const;
string GetVt1()const;
string GetVt2()const;
};
//Edge.cpp
#include "Edge.h"
#include <iostream>
using namespace std;
Edge::Edge(string vt1,string vt2,int weight)
{
this->vt1 = vt1;
this->vt2 = vt2;
this->weight = weight;
}
bool Edge::Exist(string vt)const
{
return (vt1 == vt)||(vt2==vt);
}
bool Edge::Exist(string vt1, string vt2)const
{
return Exist(vt1) && Exist(vt2);
}
string Edge::Other(string vt)const
{
if(vt1 == vt)
{
return vt2;
}
if(vt2 == vt)
{
return vt1;
}
return "";
}
void Edge::View()const
{
cout<<"("<<vt1<<","<<vt2<<","<<weight<<")";
}
int Edge::GetWeight()const
{
return weight;
}
string Edge::GetVt1()const
{
return vt1;
}
string Edge::GetVt2()const
{
return vt2;
}
//Graph.h
#pragma once
#include "Edge.h"
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
typedef vector<string> Vertexs;
typedef Vertexs::iterator VIter;
typedef Vertexs::const_iterator CVIter;
typedef vector<Edge *> Edges;
typedef Edges::iterator EIter;
typedef Edges::const_iterator CEIter;
class Graph
{
Vertexs vertexs;
Edges edges;
public:
~Graph(void);
bool AddVertex(string vt);
bool Exist(string vt)const;
bool AddEdge(string vt1, string vt2,int weight);//간선 추가
bool Exist(string vt1,string vt2)const;
void ViewNeighbors()const;
void ViewNeighbor(string vt)const;
int GetVertexCount()const;
Edges GetEdges()const;
string GetFirstVertex()const;
};
//Graph.cpp
#include "Graph.h"
#include <string.h>
#include <algorithm>
Graph::~Graph(void)
{
EIter seek = edges.begin();
EIter last = edges.end();
for( ;seek != last; ++seek)
{
delete (*seek);//간선 소멸
}
}
bool Graph::AddVertex(string vt)
{
if(Exist(vt))
{
return false;
}
vertexs.push_back(vt);
return true;
}
bool Graph::Exist(string vt)const
{
return find(vertexs.begin(),vertexs.end(),vt) != vertexs.end();
}
bool Graph::AddEdge(string vt1, string vt2,int weight)//간선 추가
{
if(Exist(vt1)&&Exist(vt2))
{
if(Exist(vt1,vt2))
{
return false;
}
CEIter seek = edges.begin();
CEIter last = edges.end();
for( ;seek != last; ++seek)
{
if((*seek)->GetWeight()>=weight)
{
break;
}
}
edges.insert(seek,new Edge(vt1,vt2,weight));
return true;
}
return false;
}
bool Graph::Exist(string vt1,string vt2)const
{
CEIter seek = edges.begin();
CEIter last = edges.end();
for( ;seek != last; ++seek)
{
if((*seek)->Exist(vt1,vt2))
{
return true;
}
}
return false;
}
void Graph::ViewNeighbors()const
{
cout<<"=== 이웃 정점 ==="<<endl;
CVIter seek = vertexs.begin();
CVIter last = vertexs.end();
for( ;seek != last; ++seek)
{
cout<<(*seek)<<"의 이웃: ";
ViewNeighbor(*seek);//i정점의 이웃 보여주기
}
cout<<endl;
}
void Graph::ViewNeighbor(string vt)const
{
CEIter seek = edges.begin();
CEIter last = edges.end();
for( ;seek != last; ++seek)
{
if((*seek)->Exist(vt))
{
cout<<(*seek)->Other(vt)<<" ";
}
}
cout<<endl;
}
int Graph::GetVertexCount()const
{
return vertexs.size();
}
Edges Graph::GetEdges()const
{
return edges;
}
string Graph::GetFirstVertex()const
{
if(vertexs.size()==0)
{
return "";
}
return vertexs[0];
}
//Prim.h
#pragma once
#include "Graph.h"
class Prim
{
Graph *graph;
Edges edges;
public:
Prim(Graph *graph);
Graph * MakeMSTree();
private:
bool SelectVertex(Graph *mstree);
string IsGreedyVertex(Edge *edge,Graph *mstree)const;
};
//Prim.cpp
#include "Prim.h"
Prim::Prim(Graph *graph)
{
this->graph = graph;
}
Graph *Prim::MakeMSTree()
{
cout<<"프림 알고리즘 시작"<<endl;
Graph *mstree = new Graph();
string start = graph->GetFirstVertex();
cout<<start<<endl;
mstree->AddVertex(graph->GetFirstVertex());
edges = graph->GetEdges();
int vcnt = graph->GetVertexCount();
while(mstree->GetVertexCount() < vcnt)
{
if(SelectVertex(mstree) == false)
{
break;
}
}
if(mstree->GetVertexCount() <vcnt)
{
delete mstree;
cout<<"고립 상태의 영역이 있어서 최소 신장 트리를 만들 수 없습니다."<<endl;
return 0;
}
return mstree;
}
bool Prim::SelectVertex(Graph *mstree)
{
EIter seek = edges.begin();
EIter last = edges.end();
for( ;seek != last; ++seek)
{
string next_vtx = IsGreedyVertex(*seek,mstree);
if(next_vtx != "")
{
string other =(*seek)->Other(next_vtx);
int weight = (*seek)->GetWeight();
cout<<"("<<other<<","<<next_vtx<<":"<<weight<<")"<<endl;
mstree->AddVertex(next_vtx);
mstree->AddEdge(next_vtx, other,weight);
return true;
}
}
return false;
}
string Prim::IsGreedyVertex(Edge *edge,Graph *mstree)const
{
string vtx1 = edge->GetVt1();
string vtx2 = edge->GetVt2();
if(mstree->Exist(vtx1))
{
if(mstree->Exist(vtx2))
{
return "";
}
return vtx2;
}
if(mstree->Exist(vtx2))
{
return vtx1;
}
return "";
}
//Program.cpp
#include "Prim.h"
int main()
{
Graph *graph = new Graph();//그래프 동적 생성
graph->AddVertex("A");
graph->AddVertex("B");
graph->AddVertex("C");
graph->AddVertex("D");
graph->AddVertex("E");
graph->AddVertex("F");
graph->AddVertex("G");
graph->AddVertex("H");
graph->AddEdge("A","B",5);
graph->AddEdge("A","D",3);
graph->AddEdge("A","E",4);
graph->AddEdge("B","D",3);
graph->AddEdge("B","H",2);
graph->AddEdge("C","D",3);
graph->AddEdge("C","G",4);
graph->AddEdge("D","H",5);
graph->AddEdge("D","E",3);
graph->AddEdge("D","F",3);
graph->AddEdge("E","F",2);
graph->AddEdge("F","G",6);
graph->AddEdge("G","H",3);
graph->ViewNeighbors();
Prim *prim = new Prim(graph);
Graph *mstree = prim->MakeMSTree();
if(mstree)
{
cout<<"최소 신장 트리 만들기 성공"<<endl;
mstree->ViewNeighbors();
delete mstree;
}
delete prim;
delete graph;
return 0;
}
▷ 실행 결과
=== 이웃 정점 ===
A의 이웃: D E B
B의 이웃: H D A
C의 이웃: D G
D의 이웃: F E C B A H
E의 이웃: F D A
F의 이웃: E D G
G의 이웃: H C F
H의 이웃: B G D
프림 알고리즘 시작
A
(A,D:3)
(D,F:3)
(F,E:2)
(D,C:3)
(D,B:3)
(B,H:2)
(H,G:3)
최소 신장 트리 만들기 성공
=== 이웃 정점 ===
A의 이웃: D
D의 이웃: B C F A
F의 이웃: E D
E의 이웃: F
C의 이웃: D
B의 이웃: H D
H의 이웃: B G
G의 이웃: H
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