Definición:
El peso de un árbol generador es la suma de los pesos
de las ramas del árbol. Un árbol generador mínimo es uno
con peso mínimo.
Una interpretación física de
este problema es considerar los vértices de un grafo como ciudades, y
los pesos de las aristas como los costos de construcción y mantenimiento
de vías de comunicación entre las ciudades. Supongamos que queremos
construir una red de comunicaciones que conecte a todas las ciudades a un costo
mínimo. Entonces el problema es determinar un árbol generador
mínimo.
Un procedimiento para resolver este problema se base en la observación
de que entre todas las aristas en un circuito, la arista con mayor peso no esta
en el árbol generador mínimo. Sea "C" un circuito en
un grafo pesado, y "E" la arista con el mayor peso en "C".
Supongamos que "E" es una rama de un árbol generador de T.
Sea d el conjunto de corte correspondiente a la rama a la rama "E"
como el circuito C y el conjunto de corte d deben tener un numero par de aristas
en común además de la arista "E" deberán existir
al menos una o más aristas que estén tanto en C como en D. Sea
F una de estas aristas. Observemos que F es una cuerda del árbol generador
t debido a que D es un conjunto de corte. Agreguemos la arista F al árbol
generador T y denotemos el subgrafo resultante como U. Es obvio que U es un
subgrafo generador que contiene exactamente un circuito, el circuito correspondiente
a F. Si eliminamos E de U, obtenemos un árbol generador cuyo peso es
menor que T.
Construiremos un subgrafo del grafo pesado paso por paso, al ir examinando cada
arista en orden creciente de pesos. Se agregara una arista al subgrafo parcialmente
construido si no origina un circuito, y será descartada en caso contrario.
La constricción termina cuando todas las aristas han sido examinadas.
Es claro que nuestra construcción de origen a un subgrafo que no contiene
un circuito. El subgrafo también es conexo. Así el subgrafo construido
es un árbol.
Además, este es un árbol generador debido a que el grafo originales
es conexo. Finalmente, el árbol generador es mínimo por que en
el proceso de construcción una arista era excluida a favor de las aristas
de pesos mayores solo si sé sabia que la arista excluida no podía
estar en un árbol generador mínimo. En otras palabras, las v
- 1 aristas en el subgrafo son efectivamente las v - 1 aristas con los
pesos menores que pueden ser incluidas en un árbol generador mínimo.
Ejemplo: