$\newcommand{\O}{\mathrm{O}}$ My Algorithm : kopricky アルゴリズムライブラリ

kopricky アルゴリズムライブラリ

Boruvka

コードについての説明(個人的メモ)

Boruvka 法は最小全域木を求めるアルゴリズムである.
各ステップで各頂点について隣接する辺のうちコスト最小のものを縮約するという操作を行う. このとき $1$ 回のステップで頂点数は少なくとも半分以下となるのでアルゴリズムは高々 $\lceil \log n \rceil$ ステップで終了する. よって $\O (m \log n)$ 時間のアルゴリズムである.
各ステップ後に多重辺ができた場合は最小コストの辺のみ残すこと(cleanup 操作) を行なっているので入力のグラフが単純な平面グラフである場合は最小全域木を $\O (n)$ time で求めることができる.
縮約操作はマイナー操作であり平面性に影響しないこと, 単純連結な平面グラフの辺数は頂点数を $n (\ge 3)$ としたとき高々 $3n-6$ 以下であること, 各ステップで頂点数は少なくとも半分以下, つまり辺数の上界も半分以下となり全ステップでのグラフの辺数の総和が $\O (n)$ となること を考えると正しいことが分かる.
ブルーフカ法の起源については "The Origins of Minimal Spanning Tree Algorithms - Boruvka and Jarnik" [Nesetril, Nesetrilova 2001] を参考.

(関数)
solve(): 最小全域木のコストを返す. 存在しなければ inf を返す.

時間計算量: $\O (m \log n)$

コード

class UnionFind {
private:
    int sz;
    vector<int> par, nrank;
public:
    UnionFind(){}
    UnionFind(int node_size) : sz(node_size), par(sz), nrank(sz, 0){
        iota(par.begin(), par.end(), 0);
    }
    int find(int x){
        if(par[x] == x) return x;
        else return par[x] = find(par[x]);
    }
    int unite(int x, int y){
    	if(nrank[x] < nrank[y]) swap(x,y);
        par[y] = x;
        if(nrank[x] == nrank[y]) nrank[x]++;
        return x;
    }
};

template<typename T> class Boruvka {
private:
    struct edge {
        int to;
        T cost;
        typename list<edge>::iterator rev;
        edge(const int _to, const T _cost)
            : to(_to), cost(_cost){}
        edge(const int _to, const T _cost, const typename list<edge>::iterator _rev)
            : to(_to), cost(_cost), rev(_rev){}
    };
    struct info {
        T cost;
        typename list<edge>::iterator itr;
        info(){}
        info(const T _cost) : cost(_cost){}
        info(const T _cost, const typename list<edge>::iterator _itr) : cost(_cost), itr(_itr){}
    };
    const int V;
    const T inf;
    UnionFind uf;
    vector<list<edge> > G;
    void cleanup(vector<int>& rem_node, vector<info>& check){
        vector<int> tmp;
        for(int v : rem_node){
            for(auto it = G[v].begin(); it != G[v].end();){
                const edge& e = *it;
                const int p = uf.find(e.to);
                if(p == v){
                    it = G[v].erase(it);
                    continue;
                }
                if(e.cost < check[p].cost){
                    if(check[p].cost == inf) tmp.push_back(p);
                    else G[p].erase(check[p].itr->rev), G[v].erase(check[p].itr);
                    check[p].cost = e.cost, check[p].itr = it++;
                }else{
                    G[p].erase(e.rev), it = G[v].erase(it);
                }
            }
            for(int id : tmp) check[id].cost = inf;
            tmp.clear();
        }
    }
    bool contract(vector<int>& rem_node, vector<int>& check){
        vector<int> new_rem_node;
        bool update = false;
        for(int v : rem_node){
            const int p = uf.find(v);
            if(G[p].empty() || p != v) continue;
            T mn = inf; int id = -1;
            for(const edge& e : G[v]){
                if(e.cost < mn) mn = e.cost, id = e.to;
            }
            id = uf.find(id);
            if(id != v){
                ans += mn, update = true, uf.unite(id, v);
            }
        }
        for(int v : rem_node){
            const int p = uf.find(v);
            if(v == p) new_rem_node.push_back(v);
            else G[p].splice(G[p].begin(), move(G[v]));
        }
        swap(rem_node, new_rem_node);
        return update;
    }

public:
    T ans;
    Boruvka(const int node_size)
        : V(node_size), inf(numeric_limits<T>::max()), uf(V), G(V), ans(0){}
    void add_edge(const int from, const int to, const T cost){
        G[from].emplace_back(to, cost);
        G[to].emplace_back(from, cost, --G[from].end());
        G[from].back().rev = --G[to].end();
    }
    T solve(){
        vector<int> rem_node(V), erase_check(V, 0);
        iota(rem_node.begin(), rem_node.end(), 0);
        vector<info> multiple_check(V);
        for(int i = 0; i < V; ++i) multiple_check[i] = info(inf);
        while((int)rem_node.size() > 1){
            if(!contract(rem_node, erase_check)) return inf;
            cleanup(rem_node, multiple_check);
        }
        return ans;
    }
};

verify 用の問題

AOJ : Minimum Spanning Tree 提出コード