把 n 个据点用最短的线路连成一张连通网(地图路网、节点布线),最小生成树给出总长最短的方案:每次从"已连接区"向外挑一条最短的边,把新据点拉进网络,重复 n-1 次——Prim 算法 O(n²),稠密图友好。生成树的总长唯一确定,树形可以不唯一;全枚举方案数按凯莱公式是 n 的 n-2 次幂,10 个据点已超 1 亿种,枚举绝不可行。
Prim 主循环。示例代码如下:
local function prim(nodes, dist)
local n = #nodes
local inTree = { [1] = true }
local total, edges = 0, {}
for _ = 2, n do
local bestLen, bestA, bestB = math.huge
for a in pairs(inTree) do
for b = 1, n do
if not inTree[b] and dist[a][b] < bestLen then
bestLen, bestA, bestB = dist[a][b], a, b
end
end
end
inTree[bestB] = true
total = total + bestLen
edges[#edges + 1] = bestA .. "-" .. bestB
end
return total, edges
end
路网接线。示例代码如下:
local nodes = { "比奇", "沃玛森林", "白日门" }
local dist = {
[1] = { [2] = 30, [3] = 90 },
[2] = { [3] = 40 }
}
dist[2][1], dist[3][1], dist[3][2] = 30, 90, 40
local total, edges = prim(nodes, dist)
print(total, table.concat(edges, ","))
三地连通取比奇-沃玛森林 30 加沃玛森林-白日门 40,总长 70——比奇直通白日门的 90 被淘汰,接力更省。
枚举连通方案在 10 据点已是 1 亿种,绝不可行;Prim 的 O(n²) 在 100 据点上约 1 万次比较,毫秒级完成。dist 邻接表占 n² 规模:100 据点约 1 万个数值约 80KB——稠密图下内存与时间都在可控区间。
三个不适用场景:一是边有方向与容量(有向输电网),Prim 的无向假设不成立;二是要"两 点间最短路径"而非"整体最低成本连通",那是 Dijkstra 的领域;三是据点动态增减频繁,每次整树重算成本高,需增量维护。
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