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ネットワークスペシャリスト 2024年 午前205


問題文

5個のノードA〜Eから構成される図のネットワークにおいて、Aをルートノードとするスパニングツリーを構築した。このとき、スパニングツリー上で隣接するノードはどれか。ここで、図中の数値は対応する区間のコストを表すものとする。
ネットワークスペシャリスト 2024年 午前2 問05の問題画像

選択肢

AとE
BとC
CとD
DとE(正解)

スパニングツリーの隣接ノード判定【午前2 解説】

要点まとめ

  • 結論:ルートノードAを起点としたスパニングツリー上で隣接するノードは「DとE」である。
  • 根拠:スパニングツリーは全ノードを最小コストで連結し、かつ閉路を作らない木構造であるため、最小コストの辺を優先して選ぶ。
  • 差がつくポイント:単に辺の重みが小さいだけでなく、ルートからの経路上で隣接関係が成立するかを正確に理解することが重要。

正解の理由

スパニングツリーは、全ノードを含みつつ、最小の合計コストで接続される木構造です。
与えられた辺の重みを考慮すると、Aをルートとした場合、Aから直接つながる辺はコスト1(A–B)、4(A–E)、7(A–D)です。
しかし、スパニングツリーの構築では、A–B(1)、B–E(2)、E–D(3)といった経路がコスト的に有利であり、結果的にDとEはスパニングツリー上で隣接します。
したがって、選択肢の中で正しいのはエ: DとEです。

よくある誤解

  • 「ルートノードAと直接つながるノードが隣接」と誤解しやすい。
  • 最小コストの辺だけを選べばよいと考え、全体の木構造を無視する誤りが多い。

解法ステップ

  1. 各辺の重みを確認し、最小コストの辺から順に選択する。
  2. ルートノードAからの経路を意識し、閉路を作らないように辺を追加する。
  3. 全ノードが連結されるまで辺を選び、スパニングツリーを完成させる。
  4. 完成したスパニングツリー上で隣接するノードの組み合わせを確認する。
  5. 問題の選択肢と照らし合わせて正解を特定する。

選択肢別の誤答解説

  • ア: AとE
    AとEは直接つながるが、スパニングツリーの最小コスト経路ではA–B–Eの方が優先されるため、隣接とは言えない。
  • イ: BとC
    BとCは辺でつながっているが、スパニングツリーの構築過程で他の経路が優先され、隣接とはならない。
  • ウ: CとD
    CとDも辺は存在するが、コストの観点からE–Dの方が優先されるため隣接ではない。
  • エ: DとE
    E–Dの辺はコスト3で、スパニングツリー上で隣接する正しい組み合わせである。

補足コラム

スパニングツリーはグラフ理論の基本概念であり、ネットワーク設計や配線計画など多くの分野で応用されます。
特に「最小全域木(Minimum Spanning Tree)」問題は、クラスカル法やプリム法などのアルゴリズムで効率的に解決されます。
本問題では、ルートノードを固定した場合の隣接関係を理解することがポイントです。

FAQ

Q: スパニングツリーと最小全域木は同じですか?
A: はい。スパニングツリーは全ノードを含む木構造で、最小全域木はその中でコストが最小のものを指します。
Q: ルートノードを固定すると何が変わりますか?
A: ルートノードからの経路を意識して辺を選ぶため、隣接関係の判定が変わることがあります。
Q: 閉路ができるとどうなりますか?
A: スパニングツリーの定義に反し、正しい木構造ではなくなるため不正解です。

関連キーワード: スパニングツリー、最小全域木、グラフ理論、クラスカル法、プリム法、ネットワーク設計
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