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Dijstra算法求最短路径

时间:2018-07-09 17:17:10      阅读:210      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

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参考博客:http://blog.51cto.com/ahalei/1387799

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       与Floyd-Warshall算法一样这里仍然使用二维数组e来存储顶点之间边的关系,初始值如下。
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       我们还需要用一个一维数组dis来存储1号顶点到其余各个顶点的初始路程,如下。
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       我们将此时dis数组中的值称为最短路的“估计值”。
       既然是求1号顶点到其余各个顶点的最短路程,那就先找一个离1号顶点最近的顶点。通过数组dis可知当前离1号顶点最近是2号顶点。当选择了2号顶点后,dis[2]的值就已经从“估计值”变为了“确定值”,即1号顶点到2号顶点的最短路程就是当前dis[2]值。为什么呢?你想啊,目前离1号顶点最近的是2号顶点,并且这个图所有的边都是正数,那么肯定不可能通过第三个顶点中转,使得1号顶点到2号顶点的路程进一步缩短了。因为1号顶点到其它顶点的路程肯定没有1号到2号顶点短,对吧O(∩_∩)O~
       既然选了2号顶点,接下来再来看2号顶点有哪些出边呢。有2->3和2->4这两条边。先讨论通过2->3这条边能否让1号顶点到3号顶点的路程变短。也就是说现在来比较dis[3]和dis[2]+e[2][3]的大小。其中dis[3]表示1号顶点到3号顶点的路程。dis[2]+e[2][3]中dis[2]表示1号顶点到2号顶点的路程,e[2][3]表示2->3这条边。所以dis[2]+e[2][3]就表示从1号顶点先到2号顶点,再通过2->3这条边,到达3号顶点的路程。
       我们发现dis[3]=12,dis[2]+e[2][3]=1+9=10,dis[3]>dis[2]+e[2][3],因此dis[3]要更新为10。这个过程有个专业术语叫做“松弛”。即1号顶点到3号顶点的路程即dis[3],通过2->3这条边松弛成功。这便是Dijkstra算法的主要思想:通过“边”来松弛1号顶点到其余各个顶点的路程。
 
       同理通过2->4(e[2][4]),可以将dis[4]的值从∞松弛为4(dis[4]初始为∞,dis[2]+e[2][4]=1+3=4,dis[4]>dis[2]+e[2][4],因此dis[4]要更新为4)。
       刚才我们对2号顶点所有的出边进行了松弛。松弛完毕之后dis数组为:
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       接下来,继续在剩下的3、4、5和6号顶点中,选出离1号顶点最近的顶点。通过上面更新过dis数组,当前离1号顶点最近是4号顶点。此时,dis[4]的值已经从“估计值”变为了“确定值”。下面继续对4号顶点的所有出边(4->3,4->5和4->6)用刚才的方法进行松弛。松弛完毕之后dis数组为:
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       继续在剩下的3、5和6号顶点中,选出离1号顶点最近的顶点,这次选择3号顶点。此时,dis[3]的值已经从“估计值”变为了“确定值”。对3号顶点的所有出边(3->5)进行松弛。松弛完毕之后dis数组为:
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       继续在剩下的5和6号顶点中,选出离1号顶点最近的顶点,这次选择5号顶点。此时,dis[5]的值已经从“估计值”变为了“确定值”。对5号顶点的所有出边(5->4)进行松弛。松弛完毕之后dis数组为:
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       最后对6号顶点所有点出边进行松弛。因为这个例子中6号顶点没有出边,因此不用处理。到此,dis数组中所有的值都已经从“估计值”变为了“确定值”。
       最终dis数组如下,这便是1号顶点到其余各个顶点的最短路径。
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       OK,现在来总结一下刚才的算法。算法的基本思想是:每次找到离源点(上面例子的源点就是1号顶点)最近的一个顶点,然后以该顶点为中心进行扩展,最终得到源点到其余所有点的最短路径。基本步骤如下:
  • 将所有的顶点分为两部分:已知最短路程的顶点集合P和未知最短路径的顶点集合Q。最开始,已知最短路径的顶点集合P中只有源点一个顶点。我们这里用一个book[ i ]数组来记录哪些点在集合P中。例如对于某个顶点i,如果book[ i ]为1则表示这个顶点在集合P中,如果book[ i ]为0则表示这个顶点在集合Q中。

  • 设置源点s到自己的最短路径为0即dis=0。若存在源点有能直接到达的顶点i,则把dis[ i ]设为e[s][ i ]。同时把所有其它(源点不能直接到达的)顶点的最短路径为设为∞。

  • 在集合Q的所有顶点中选择一个离源点s最近的顶点u(即dis[u]最小)加入到集合P。并考察所有以点u为起点的边,对每一条边进行松弛操作。例如存在一条从u到v的边,那么可以通过将边u->v添加到尾部来拓展一条从s到v的路径,这条路径的长度是dis[u]+e[u][v]。如果这个值比目前已知的dis[v]的值要小,我们可以用新值来替代当前dis[v]中的值。

  • 重复第3步,如果集合Q为空,算法结束。最终dis数组中的值就是源点到所有顶点的最短路径。

     1 #include<cstring>
     2 #include<iostream>
     3 #define Max 6
     4 #define inf 0x3f3f3f3f
     5 using namespace std;
     6 
     7 /*
     8     VM[][]->邻接矩阵
     9     v0->起始顶点,即计算顶点v0到其他顶点的距离
    10     prepoint[i]-> 即起始顶点到第i个顶点最短路径所经历的全部顶点中,位于顶点i之前的那个顶点
    11     dist[i]-> 起始顶点到顶点i的最短路径长度 
    12 */ 
    13 
    14 void dijkstra(unsigned int VM[Max][Max],int v0,unsigned int prepoint[],unsigned int dist[])
    15 {
    16     int k;
    17     unsigned int temp,min;
    18     int flag[Max]={0};//flag[i]表示起始顶点到顶点i的最短距离已获取 
    19     for(int i=0;i<Max;i++)
    20     {
    21         flag[i]=0;    //顶点i的最短路径还没获取 
    22         prepoint[i]=0;  //顶点i的前驱顶点是0 
    23         dist[i]=VM[v0][i];  //顶点i的最短路径为起始顶点到顶点i的权 
    24     }
    25     flag[v0]=1; 
    26     prepoint[0]=0;
    27     for(int i=0;i<Max;i++)
    28     {
    29         min=inf;
    30         for(int j=0;j<Max;j++)
    31         {
    32             if(flag[j]==0&&min>dist[j])//寻找当前的最小路径,即数组dist中最小的权的顶点 
    33             {
    34                 min=dist[j];
    35                 k=j;
    36             }
    37         }
    38         flag[k]=1;   //标记顶点k已经获得最短路径 
    39         for(int j=0;j<Max;j++)  //当前已知顶点k的最短路径,更新为获取最短路径的顶点的最短路径和前驱顶点 
    40         {
    41             temp=(VM[k][j]==inf?inf:(min+VM[k][j]));
    42             if(dist[j]>temp&&flag[j]==0)
    43             {
    44                 dist[j]=temp;
    45                 prepoint[j]=k;
    46             }
    47         }
    48     }
    49     for(int i=0;i<Max;i++)
    50     {
    51         cout<<"shortest(1,"<<i+1<<")="<<dist[i]<<endl;
    52     }
    53 }
    54 int main()
    55 {
    56     unsigned int VM[Max][Max]={{0, 1, 12, inf, inf, inf},
    57                            {inf, 0, 9, 3, inf, inf},
    58                            {inf, inf, 0, inf, 5, inf},
    59                            {inf, inf, 4, 0, 13, 15},
    60                            {inf, inf, inf, inf, 0, 4},
    61                            {inf, inf, inf, inf, inf, 0}};
    62     unsigned int prepoint[Max];
    63     unsigned int dist[Max];
    64     memset(prepoint,0,sizeof(prepoint));
    65     memset(dist,0,sizeof(dist));
    66     dijkstra(VM,0,prepoint,dist);
    67     return 0;
    68  } 

     

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原文地址:https://www.cnblogs.com/zjl192628928/p/9284606.html

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