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一、相关介绍
最短路径
Floyd算法
二、算法介绍
【打基础】
无向带权图G
Dis(AB) 节点A到节点B的最短路径的距离
辅助数组path[] 用于求最短路径过程中记录节点
【基本思想】
问题:从图G上任选一节点A,试求出A到节点B的最短路径以及Dis(AB) 。
分析:从节点A到节点B的最短路径只有2种可能:
过程:首先从节点A出发,对于每一个与A邻接的节点X,我们检查不等式Dis(AX) + Dis(XB) < Dis(AB)是否成立?
很简单啊,且慢,来一小段代码:
for ( int i = 0; i < 节点个数; ++i ) { for ( int j = 0; j < 节点个数; ++j ) { for ( int k = 0; k < 节点个数; ++k ) { if ( Dis[i][k] + Dis[k][j] < Dis[i][j] ) { // 找到更短路径 Dis[i][j] = Dis[i][k] + Dis[k][j]; } } } }
注意!!这里我们要注意循环的嵌套顺序,如果把检查所有节点X放在最内层,那么结果将是不正确的,为什么呢?因为这样便过早的把i到j的最短路径确定下来了,而当后面存在更短的路径时,已经不再会更新了。
让我们来看一个例子,看下图:
//图中红色的数字代表边的权重
如果我们在最内层检查所有节点X,那么对于A->B,我们只能发现一条路径,就是A->B,路径距离为9。而这显然是不正确的,真实的最短路径是A->D->C->B,路径距离为6。
造成错误的原因就是我们把检查所有节点X放在最内层,造成过早的把A到B的最短路径确定下来了,当确定A->B的最短路径时Dis(AC)尚未被计算。
所以,我们需要改写循环顺序,如下:
for ( int k = 0; k < 节点个数; ++k ) { for ( int i = 0; i < 节点个数; ++i ) { for ( int j = 0; j < 节点个数; ++j ) { if ( Dis[i][k] + Dis[k][j] < Dis[i][j] ) { // 找到更短路径 Dis[i][j] = Dis[i][k] + Dis[k][j]; } } } }
如果还是看不懂,那就用草稿纸模拟一遍,之后你就会豁然开朗。半个小时足矣(早知道的话会节省很多个半小时了)。
我们再举个例子看看两者的差别:
①循环顺序是i-j-k
如果我们现在要更新的1-4的最短距离,要枚举经过的城市个数,有0,1,2,3,4,5种情况,假如现在2-3城市的最短距离为10,当经过的城市为2时候,发现2-3的最短距离为10,可能比其他大了,所以经过2个城市的最小距离可能为8,上面6种情况更新后发现1-4最短距离为13.
当继续更新时,我们更新后2-3的最短距离竟然为1,但是我们再也回不到1-4这种情况了。所以,1-4的最短距离明显就是错误的。
②循环顺序是k-i-j
我们更新1-4的时候,2-3可能没更新,但是1-4可以更新k次,即使不是最短的,以后再更新到的时候就可以更新为最短了。所以这种才是正确的方法。
综上,对于每一个节点X,我们都会把所有的i到j处理完毕后才继续检查下一个节点。
【寻找最短路径】
因此,假设我们要找A->B的最短路径,那么就依次查找,假设Path(AB)的值为P,那么接着查找Path(AP),假设Path(AP)的值为L,那么接着查找Path(AL),假设Path(AL)的值为A,则查找结束,最短路径为A->L->P->B。
很简单,当我们发现不等式Dis(AX) + Dis(XB) < Dis(AB)成立时,就要把最短路径改为A->...->X->...->B,而此时,Path(XB)的值是已知的,所以,Path(AB) = Path(XB)。
【测试代码】
#include<cstdio> #include<cmath> #include<cstring> #include<string> #include<iostream> #include<algorithm> #include<vector> #include<queue> #include<stack> #include<map> #include<set> using namespace std; #define INFINITE 1000 // 最大值 #define MAX_VERTEX_COUNT 20// 最大顶点个数 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////// struct Graph { int arrArcs[MAX_VERTEX_COUNT][MAX_VERTEX_COUNT]; // 邻接矩阵 int nVertexCount; // 顶点数量 int nArcCount; // 边的数量 }; ////////////////////////////////////////////////////////////////////////// void readGraphData( Graph *_pGraph ) { std::cout << "请输入顶点数量和边的数量: "; std::cin >> _pGraph->nVertexCount; std::cin >> _pGraph->nArcCount; std::cout << "请输入邻接矩阵数据:" << std::endl; for ( int row = 0; row < _pGraph->nVertexCount; ++row ) { for ( int col = 0; col < _pGraph->nVertexCount; ++col ) { std::cin >> _pGraph->arrArcs[row][col]; } } } void floyd( int _arrDis[][MAX_VERTEX_COUNT], int _arrPath[][MAX_VERTEX_COUNT], int _nVertexCount ) { // 先初始化_arrPath for ( int i = 0; i < _nVertexCount; ++i ) { for ( int j = 0; j < _nVertexCount; ++j ) { _arrPath[i][j] = i; } } ////////////////////////////////////////////////////////////////////////// for ( int k = 0; k < _nVertexCount; ++k ) { for ( int i = 0; i < _nVertexCount; ++i ) { for ( int j = 0; j < _nVertexCount; ++j ) { if ( _arrDis[i][k] + _arrDis[k][j] < _arrDis[i][j] ) { // 找到更短路径 _arrDis[i][j] = _arrDis[i][k] + _arrDis[k][j]; _arrPath[i][j] = _arrPath[k][j]; } } } } } void printResult( int _arrDis[][MAX_VERTEX_COUNT], int _arrPath[][MAX_VERTEX_COUNT], int _nVertexCount ) { std::cout << "Origin -> Dest Distance Path" << std::endl; for ( int i = 0; i < _nVertexCount; ++i ) { for ( int j = 0; j < _nVertexCount; ++j ) { if ( i != j ) // 节点不是自身 { std::cout << i+1 << " -> " << j+1 << "\t\t"; if ( INFINITE == _arrDis[i][j] ) // i -> j 不存在路径 { std::cout << "INFINITE" << "\t\t"; } else { std::cout << _arrDis[i][j] << "\t\t"; // 由于我们查询最短路径是从后往前插,因此我们把查询得到的节点 // 压入栈中,最后弹出以顺序输出结果。 std::stack<int> stackVertices; int k = j; do { k = _arrPath[i][k]; stackVertices.push( k ); } while ( k != i ); ////////////////////////////////////////////////////////////////////////// std::cout << stackVertices.top()+1; stackVertices.pop(); unsigned int nLength = stackVertices.size(); for ( unsigned int nIndex = 0; nIndex < nLength; ++nIndex ) { std::cout << " -> " << stackVertices.top()+1; stackVertices.pop(); } std::cout << " -> " << j+1 << std::endl; } } } } } int main() { Graph myGraph; readGraphData( &myGraph ); ////////////////////////////////////////////////////////////////////////// int arrDis[MAX_VERTEX_COUNT][MAX_VERTEX_COUNT]; int arrPath[MAX_VERTEX_COUNT][MAX_VERTEX_COUNT]; // 先初始化arrDis for ( int i = 0; i < myGraph.nVertexCount; ++i ) { for ( int j = 0; j < myGraph.nVertexCount; ++j ) { arrDis[i][j] = myGraph.arrArcs[i][j]; } } floyd( arrDis, arrPath, myGraph.nVertexCount ); ////////////////////////////////////////////////////////////////////////// printResult( arrDis, arrPath, myGraph.nVertexCount ); ////////////////////////////////////////////////////////////////////////// return 0; }
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原文地址:http://www.cnblogs.com/xzxl/p/7281543.html