JAVA之单源最短路径(Single Source Shortest Path,SSSP问题)dijkstra算法求解

时间:2023-03-08 20:50:49
JAVA之单源最短路径(Single Source Shortest Path,SSSP问题)dijkstra算法求解

题目简介:给定一个带权有向图,再给定图中一个顶点(源点),求该点到其他所有点的最短距离,称为单源最短路径问题。

如下图,求点1到其他各点的最短距离

JAVA之单源最短路径(Single Source Shortest Path,SSSP问题)dijkstra算法求解

准备工作:以下为该题所需要用到的数据

int N; //保存顶点个数

int M; //保存边个数

int max; //用来设定一个比所有边的权都大的值,来表示两点间没有连线

int[] visit; //找到一个顶点的最短距离,就把它设为1,默认为0(即还没有找到)

int[][] distance; //保存图中个边的值,两点间无边则设为max

int[] bestmin;  //保存源点到其他各点的最短距离,用于最后输出

String[] path;  //有些题目会要求输出路径,保存输出路径

算法步骤:

①找出与源点距离最短的那个点,即遍历distance[1][1],distance[1][2],.....distance[1][N]中的最小值,如题:

源点1到2,4,5的距离分别为10,30,100,。3无法直接到达即此时distance[1][3] = max。那么这一步找出的点就是

顶点2。此时distance[1][2]即为源点1到顶点2的最短距离。将visit[2]设为1(顶点2完成)。

②松弛操作,

以①找出的点作为中心点(此时为顶点2),去遍历visit[i]为0的点,如果distance[1][2] + distance[2][i] < distance[1][i]

就把新的较短路径赋值给它,即distance[1][i] = distance[1][2] + distance[2][i],

此时顶点2能到达的点只有顶点3,并且distance[1][3] = max ,所以更新distance[1][3]的值为distance[1][2] + distance[2][3] = 60

完成以上两个步骤后回到步骤①,即这是个循环,每次循环能找出一个最短距离的点和更新其他点,所以该循环要遍历

N-1次就可以把所有点最短距离找出,大概过程如下:

for(int i = 2; i <= N; i++) {

  步骤①(在一个循环内找到距离最短的点)

  步骤②(以①找到的点为中心,通过一个循环更新所有visit[i]为0的点到源点的距离)

}

完整代码如下:

package algorithm;
import java.util.Scanner;
public class Dijkstra__Single_Source_Shortest_Path { private static int N;
private static int M;
private static int max;
private static int[] visit;
private static int[][] distance;
private static int[] bestmin;
private static String[] path; public static void Dijkstra() {
visit[1] = 1;
bestmin[1] = 0; //大循环(搞定这里就算搞定该算法了,后面的输出什么的可以不看)
for(int l = 2; l <= N; l++) {
int Dtemp = max;
int k = -1; //步骤①
for(int i = 2; i <= N; i++) {
if(visit[i] == 0 && distance[1][i] < Dtemp) {
Dtemp = distance[1][i];
k = i;
}
}
visit[k] = 1;
bestmin[k] = Dtemp; //步骤②
for(int i = 2; i <= N; i++) {
if(visit[i] == 0 && (distance[1][k] + distance[k][i]) < distance[1][i]) {
distance[1][i] = distance[1][k] + distance[k][i];
path[i] = path[k] + "-->" + i;
}
}
} //输出路径
for(int i=1;i<=N;i++) {
System.out.println("从"+1+"出发到"+i+"的最短路径为:"+path[i]);
}
System.out.println("=====================================");
for(int i = 1; i <= N; i++) {
System.out.println("从1出发到" + i + "点的最短距离为:" + bestmin[i]);
}
}
public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub Scanner input = new Scanner(System.in);
System.out.print("请输入节点个数N,路径总数M: ");
N = input.nextInt();
M = input.nextInt();
max = 10000;
bestmin = new int[N+1];
distance = new int [N+1][N+1];
visit = new int[N+1];
path=new String[N+1]; for(int i = 1; i <= N; i++) {
for(int j = 1; j <= N; j++) {
if(i == j) {
distance[i][j] = 0;
}else {
distance[i][j] = max;
}
}
bestmin[i] = max;
path[i] = new String("1-->" + i);
} System.out.println("请输入" + M +"条数据x,y,z(表示x点到y点的距离为z):");
for(int i = 1; i <= M; i++) {
int x = input.nextInt();
int y = input.nextInt();
int z = input.nextInt();
distance[x][y] = z;
}
input.close(); Dijkstra();
} }

运行结果如下:

JAVA之单源最短路径(Single Source Shortest Path,SSSP问题)dijkstra算法求解