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给定一个有向无环图的拓扑序列,获取这个序列从起点到序列最后一点的最短路径。
起点默认为0点(顶点为0,1,2。。。和数组索引对应),序列通过拓扑排序获取。
下面给出实现,首先是对一个有向无环图进行拓扑排序的类。
package graphics.dag.topologicalsort; /** * 获取一个拓扑序列 * @author zhangxinren * */ public class TopologicalSort { // 每条边的入度 private static int[] inDegree;// 邻接表元素个变化,inDegree初始长度也变化 // 当前可以走的边(入度为0的边) private static LinkedNode next; public static int[] topologicalSort(int[][] edges) { int m = 0; int[] result = new int[edges.length]; inDegree = new int[edges.length]; for (int i = 0; i < inDegree.length; i++) { inDegree[i] = 0; } for (int i = 0; i < edges.length; i++) { for (int j = 0; j < edges[i].length; j++) { inDegree[edges[i][j]]++; } } for (int i = 0; i < inDegree.length; i++) { if (inDegree[i] == 0) { if(next == null){ next = new LinkedNode(i); } else { LinkedNode tempNode = new LinkedNode(i); tempNode.next = next.next; next.next = tempNode; } } } while (next != null) {// 没有入度为零的顶点时结束 LinkedNode temp = next.next;// 取出一个入度为零的顶点 if(temp != null){ next.next = temp.next; } else{ temp = next; next = null; } result[m++] = temp.number; int[] tempDegree = edges[temp.number]; for(int i = 0; i < tempDegree.length; i++){// 更新顶点入度和入度为0的点 inDegree[tempDegree[i]]--; if(inDegree[tempDegree[i]] == 0){ LinkedNode tempNode = new LinkedNode(tempDegree[i]); if(null != next){ tempNode.next = next.next; next.next = tempNode; } else { next = tempNode; } } } } return result; } }
辅助的链表类
package graphics.dag.topologicalsort; public class LinkedNode { int number; LinkedNode next; public LinkedNode(int number) { super(); this.number = number; } }
加上一个获取最短路径及最短路径长度的类,类中由起点0到各顶点的最短路径长度及最短路径都可以获取,读者也可以修改起点,获得不同起点到其它点的最短路径。
package graphics.dag.topologicalsort; /** * 有向无环带权图最短路径 * @author zhangxinren * */ public class ShortestPathLength { // 到顶点的最短路径数组 private static int[] shortest; // 前一个结点到当前结点路径最短时的前一个结点 private static int[] pred; // 顶点邻接表 private static int[][] edges = { {1,2,3},{4},{4,5},{5},{6},{6},{} }; // 边权值的邻接矩阵 private static int[][] weight = { {Integer.MAX_VALUE, 1, 5, 6, Integer.MAX_VALUE, Integer.MAX_VALUE, Integer.MAX_VALUE}, {Integer.MAX_VALUE, Integer.MAX_VALUE, Integer.MAX_VALUE, Integer.MAX_VALUE, 7, Integer.MAX_VALUE, Integer.MAX_VALUE}, {Integer.MAX_VALUE, Integer.MAX_VALUE, Integer.MAX_VALUE, Integer.MAX_VALUE, 2, 5, Integer.MAX_VALUE}, {Integer.MAX_VALUE, Integer.MAX_VALUE, Integer.MAX_VALUE, Integer.MAX_VALUE, Integer.MAX_VALUE, 8, Integer.MAX_VALUE}, {Integer.MAX_VALUE, Integer.MAX_VALUE, Integer.MAX_VALUE, Integer.MAX_VALUE, Integer.MAX_VALUE, Integer.MAX_VALUE, 4}, {Integer.MAX_VALUE, Integer.MAX_VALUE, Integer.MAX_VALUE, Integer.MAX_VALUE, Integer.MAX_VALUE, Integer.MAX_VALUE, 3}, {Integer.MAX_VALUE, Integer.MAX_VALUE, Integer.MAX_VALUE, Integer.MAX_VALUE, Integer.MAX_VALUE, Integer.MAX_VALUE, Integer.MAX_VALUE} }; public static int shortestPathLength(int[][] edges, int[][] weight){ int n = edges.length; shortest = new int[n]; pred = new int[n]; // 初始化:认为除起点0的最短路径为0外其它都为无穷大,当前顶点的最短路径的前一个顶点为无(-1) for(int i = 0; i < n; i++){ shortest[i] = Integer.MAX_VALUE; pred[i] = -1; } shortest[0] = 0; // 获取一个拓扑序列 int[] sequence = TopologicalSort.topologicalSort(edges); // 处理拓扑序列中的每一个顶点 for(int i = 0; i < sequence.length; i++){ int temp = sequence[i]; // 获取当前顶点为出来边的顶点 int[] tempDegree = edges[temp]; // 更新这些顶点的最短距离 for(int j = 0; j < tempDegree.length; j++){ int end = tempDegree[j]; relax(temp, end); } } return shortest[sequence[sequence.length - 1]]; } /** * start顶点到它的下一个顶点end,看是否需要更新shortest[end] * 在到start顶点最短距离加上start与end的距离小于到end顶点最短距离时,更新最短距离 * @param start * @param end * @return */ public static boolean relax(int start, int end){ if(shortest[start] != Integer.MAX_VALUE && shortest[end] > shortest[start] + weight[start][end]){ shortest[end] = shortest[start] + weight[start][end]; pred[end] = start; return true; } return false; } public static void main(String[] args) { // 获取最短路径长度 int result = shortestPathLength(edges, weight); int[] sequence = TopologicalSort.topologicalSort(edges); System.out.print("sequence: "); for(int i = 0; i < sequence.length; i++){ System.out.print(sequence[i] + " "); } System.out.println(); int end = sequence[sequence.length - 1]; System.out.println("result: " + result); StringBuilder sb = new StringBuilder(end + " "); int pre = pred[end]; while(pre != -1){ sb.append(pre + " "); pre = pred[pre]; } sb.setLength(sb.length() - 1); sb.reverse(); // 打印出最短路径 System.out.println(sb.toString()); // 打印出到所有点的最短路径长度 System.out.println("从0开始的最短路径"); for(int i = 0; i < edges.length; i++){ System.out.println(i + ": " + shortest[i]); } } }
下面附上有向无环带权图
图中基本算法来源于算法基础-打开算法之门一书,根据书中描述加上本人理解加工以代码形式加以实现。理解能力有限,如果看不太懂,可以查看相关资料或者找到书籍自行查看。
最后打印的结果如下:
sequence: 0 3 2 5 1 4 6 result: 11 0 2 4 6 从0开始的最短路径 0: 0 1: 1 2: 5 3: 6 4: 7 5: 10 6: 11
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原文地址:https://www.cnblogs.com/liunianfeiyu/p/9748239.html