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  • 求最短路的三种方法:dijkstra,spfa,floyd

    dijkstra是一种单源最短路算法。在没有负权值的图上,vi..vj..vk是vi到vk最短路的话,一定要走vi到vj的最短路。所以每次取出到起点距离最小的点,从该点出发更新邻接的点的距离,如果更新成功则把新点加入priority_queue。储存图使用的是邻接表。代码如下:

    #include <bits/stdc++.h>//有向图
    using namespace std;
    //dijkstra 不适用于带负权的图
    const int maxn = 1007, maxm = 20007, INF = 0x3f3f3f;// maxn比顶点数略大,maxm比边数略大
    int head[maxn], vis[maxn], dis[maxn], fa[maxn];
    int next[maxm], u[maxm], v[maxm], w[maxm];
    typedef pair<int, int> pi;// pair排序策略是优先排前面,pair把距离放前面,点放后面
    int n, m;
    void ini()
    {
        memset(vis, 0, sizeof(vis));//开始所有点都没被处理
        memset(head, -1, sizeof(head));//所有点都没有边
        for(int i = 0; i <= n; i++)
            dis[i] = INF;//起点到所有点距离为无穷大
    }
    
    void dij(int s, int e)
    {
        priority_queue<pi, vector<int>, greater<int> > Q;//优先队列
        dis[s] = 0;
        Q.push(make_pair(dis[s], s));
        while(!Q.empty())
        {
            pi u = Q.top();
            Q.pop();//取出d最小的点
            int x = u.second;
            if(x == e)
                break;
            if(vis[x])//处理过,跳过
                continue;
            vis[x] = 1;
            for(int i = head[x]; ~i; i = next[i])//更新从当前d最小的点相邻点的距离
            {
                if(dis[v[i]] > dis[x] + w[i])
                {
                    dis[v[i]] = dis[x] + w[i];//松弛成功
                    fa[v[i]] = x;
                    Q.push(make_pair(dis[v[i]], v[i]));//把更新成功的点加入队列
                }
            }
        }
        if(dis[e] == INF)
            return;//s到e无路径
        vector<int> ans;//用vector从终点往起点找路径,也可以用递归
        int temp = e;
        while(temp!=s)
        {
            ans.push_back(temp);
            temp = fa[temp];
        }
        ans.push_back(s);
        for(int i = ans.size()-1; i >= 0; i--)
            printf("%d ", ans[i]);
        printf("
    %d
    ", dis[e]);
    }
    
    int main()
    {
        //freopen("in.txt", "r", stdin);
        int t;
        scanf("%d", &t);
        while(t--)
        {
            scanf("%d%d", &n, &m);
            ini();
            for(int i = 0; i < m; i++)
            {
                scanf("%d%d%d", u+i, v+i, w+i);
                next[i] = head[u[i]];
                head[u[i]] = i;//建立邻接表
            }
            int S, E;//起点终点
            scanf("%d%d", &S, &E);
            dij(S, E);
        }
        return 0;
    }

    dijkstra经典的一比,不过要求不能含负权,于是又学了下能处理带负权图的spfa:

    spfa感觉有点像bfs,但bfs只处理一个节点一次,而spfa如果松弛了路径上经过的节点,就要对路径上之后的点都更新一遍。有负环的话,每走一遍负环,距离就减小环长,也就不存在最短路,所以假定不存在负环(或者判断一下有无负环)。代码如下:

    #include <bits/stdc++.h>//有向图
    using namespace std;
    const int maxn = 1007, maxm = 10007, INF = 0x3f3f3f3f;
    int head[maxn], in[maxn], dis[maxn], fa[maxn];//in标记在queue中的点
    int u[maxm], v[maxm], w[maxm], next[maxm];
    int n, m;
    
    void ini()
    {
        memset(in, 0, sizeof(in));
        memset(head, -1, sizeof(head));
        for(int i = 0; i <= n; i++)
            dis[i] = INF;
    }
    
    void print(int s, int e)//递归打印路径
    {
        if(e!=s)
            print(s, fa[e]);
        printf("%d ", e);
    }
    
    void spfa(int s, int e)//有点像bfs,不过bfs不会处理之前处理过的点
    {
        queue<int> Q;
        dis[s] = 0;
        in[s] = 1;
        Q.push(s);
        while(!Q.empty())
        {
            int x = Q.front();
            Q.pop();
            in[x] = 0;
            for(int i = head[x]; ~i; i = next[i])
            {
                if(dis[v[i]] > dis[x] + w[i])
                {
                    dis[v[i]] = dis[x] + w[i];
                    fa[v[i]] = x;
                    if(!in[v[i]])
                       {
                           Q.push(v[i]);
                           in[v[i]] = 1;
                       }
                }
            }
        }
        print(s, e);
        printf("
    %d
    ", dis[e]);
    }
    int main()
    {
        freopen("in.txt", "r", stdin);
        int t;
        scanf("%d", &t);
        while(t--)
        {
            scanf("%d%d", &n, &m);
            ini();
            for(int i = 0; i < m; i++)
            {
                scanf("%d%d%d", u+i, v+i, w+i);
                next[i] = head[u[i]];
                head[u[i]] = i;
            }
            int s, e;
            scanf("%d%d", &s, &e);
            spfa(s, e);
        }
        return 0;
    }

    多源最短路径有个floyd算法,其实就是离散讲的warshall闭包:(但是因为时间复杂度O(n^3)有点嫌弃2333),没自己实现一下,核心代码如下:

        for(int k = 1; k <= n; k++)
            for(int i = 1; i <= n; i++)
                for(int j = 1; j <= n; j++)
                    if(g[i][j] > g[i][k] + g[k][j])
                        g[i][j] = g[i][k] + g[k][j];

    思路是开始用邻接矩阵存放图,更新两点距离只能靠经过其他点中转,所以每次多允许经过一个点(即第一个循环),考虑最短路(第二三重循环)。

    floyd好处是代码短,能一次求出所有节点之间的最短路。

    今天收获挺大,总结一下稠密/无负权图用dijkstra,稀疏/有负权图用spfa,时间要求不高用floyd。

    (心情依然很烂)

    搞图论是没有用的,转行做数学题了hh
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