最短路径---Dijkstra/Floyd算法

时间:2023-03-08 16:01:22

1.Dijkstra算法基础:

算法过程比prim算法稍微多一点步骤,但思想确实巧妙也是贪心,目的是求某个源点到目的点的最短距离,总的来说dijkstra也就是求某个源点到目的点的最短路,求解的过程也就是求源点到整个图的最短,次短距,第三短距离等(这些距离都是源点到某个点的最短距离)。。。求出的每个距离都对应一个点,也就是要到的到这个点,求的也就是原点到所有点的最短距离,并存在二维数组中,给出目的点就能直接通过查表获得最短距离。

第1步:以源点START(假设s1)为始点,求最短距离,如何求? 与这个源点相邻的点与源点的距离全部放在一个数组dist[]中,如不可达,dist[]中为最大值,是一维数组原因是默认的是从源点到这个一维数组下标的值,只需目的点作为下标就可,这时从源点到其他点的最短的“1”条路径有了,只要选出dist[]最小的就行(得到最短路径的另一端点假设s2)。

第2步:这时要寻找源点(设s1)到另外点的次短距离,按路径长度递增次序产生各顶点最短路径,这个距离是dist[]里的值或是从第1步中选择的那个最短距离+从找到点(设s2)出发到其他点的距离(其实这里是一个更新操作更新的是dist[]里的值),如最短距离+从这点(设s2)到其他点的距离小于dist[]里面的值,就可更新dist[]数组,然后再从dist[]中选值最小的,也就是第“2”短路径(次短路径)。

第3步:寻找第“3”短路径,同上,第二短路径的端点(s3)更新与之相邻其他的点的dist[]数组里面的值。

第4步:重复上述过程n - 1次(n节点个数),得出结果,其实把源点到所有点的最短路径求出来了,都填在了dist[]表中,要找源点到哪个点的最短路,就只需要查表了。

在未选点集中选择一个最短距离最小的未选点k来扩充已选集是Dijkstra算法的关键。时间复杂度O(n^2).

 void Init_Dijkstra(void)
{
count=;
for(int i=;i<MG->n;i++)
{
vis[i]=; //状态置0,表示没有求出最短路径
min_wg[i]=MG->edge[START][i]; if(min_wg[i] == INF)
min_from[i]=-; //表示到顶点i路径最短的上一个顶点不存在
else
min_from[i]=START;
} vis[START]=;
count++;
min_wg[START]=; //从源点到达源点的边权值为0
min_from[START]=START; //源点的父节点为本身
} void Dijkstra(void)
{
int min,to_index;
int new_dis; //距离更新中间值 while(count < MG->n)
{
min=INF;
to_index=-;
for(int i=;i<MG->n;i++)
if(!vis[i] && (min_wg[i] < min))
{
min=min_wg[i];
to_index=i;
} if(to_index != -)
{
// if(to_index == ENDN) //用于[2]
// break;
vis[to_index]=;
count++;
}
else
break; for(int j=;j<MG->n;j++)
if(!vis[j] && MG->edge[to_index][j] < INF)
{
new_dis=min_wg[to_index]+MG->edge[to_index][j];
if(new_dis < min_wg[j])
{
min_wg[j]=new_dis;
min_from[j]=to_index;
}
}
}
}
 //查找from->to的路径
void SearchPath(int from,int to)
{
int tot=;
int index_temp; //缓存索引 path[tot++]=to;
index_temp=min_from[to];
while(index_temp != from) //回溯找到源点
{
path[tot++]=index_temp;
index_temp=min_from[index_temp];
}
path[tot]=from; printf("%c",MG->vertex[from]);
for(int i=tot-;i>=;i--) //对辅助数组进行逆向输出
printf("->%c",MG->vertex[path[i]]);
printf("\n");
}

2.Floyd算法

Floyd算法用于求最短路径,经典的动态规划,或是有多个起点和多个终点,是解决任意两点间最短路径的一种算法,可正确处理有向图或边负的最短路径问题,但不许有包含带负权的边组成的回路。Floyd算法可以说Warshall算法的扩展,三个for循环解决问题,时间复杂度为O(n^3)。Floyd算法的基本思想:从任意节点A到任意点B的最短路径不外乎2种可能:1是直接从A到B,2是从A经过若干个节点X到B。所以我们设Dis(AB)为节点A到B最短路径距离,对于每一个点X,我们检查Dis(AX) + Dis(XB) < Dis(AB)是否成立,如成立,证明从A到X再到B的路径比A直接到B的路径短,便Dis(AB) = Dis(AX) + Dis(XB),这样当我们遍历完所有节点X,Dis(AB)中记录的便是A到B的最短路径距离。

接下来如何找出最短路径?需借助辅助数组Path:同时借助[栈或队列或数组]。path[i][j] =k表示最短路径i-…j 和j的直接前驱为k,此时初始化是path[i][j]=i,即是:i-->......-->k ->j举例:如1-> 5->4  4->3->6 ,此时path[1][6]=0;0表示1->6不通。当我们引入节点k = 4此时有1->5->4->3->6,显然有paht[1][6] = 3 = paht[4][6] =paht[k][6],如是有 path[i][j] =path[k][j] 。对于1->5相邻边,我们可以在初始化时候 有 paht[1][5]=1;如是对于最短路径1->5->4->3->6有paht[1][6] = 3; paht[1][3]= 4;paht[1][4] = 5; paht[1][5] =1 如此逆推不难得到最短路径记录值。

 void Init_Floyd(void)
{
for(int i=;i<MG->n;i++)
for(int j=;j<MG->n;j++)
{
if(i == j)
{
dis[i][i]=;
path[i][i]=i;
}
else
{
dis[i][j]=MG->edge[i][j];
if(dis[i][j] == INF)
path[i][j]=-;
else
path[i][j]=i; //记录j的前驱节点
}
}
}
void Floyd(void)
{
int i,j,k; for(k=;k<MG->n;k++)
{
for(i=;i<MG->n;i++)
for(j=;j<MG->n;j++)
if((dis[i][k]> && dis[i][k]<INF) && //防止加法溢出
(dis[k][j]> && dis[k][j]<INF) &&
dis[i][k] +dis[k][j] < dis[i][j])
{
dis[i][j]=dis[i][k] +dis[k][j];
path[i][j]=path[k][j]; //记录j的直接前驱k
}
}
}
 // 路径查询
void SearchPath(int from,int to)
{
int min_path[MAXL],tot=;
int index_temp; //缓存索引 min_path[tot++]=to;
index_temp=path[from][to];
while(index_temp != from) //回溯找到源点
{
min_path[tot++]=index_temp;
index_temp=path[from][index_temp];
}
min_path[tot]=from; printf("%c",MG->vertex[from]); //对辅助数组进行逆向输出
for(int i=tot-;i>=;i--)
printf("->%c",MG->vertex[min_path[i]]);
}