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  • 作业2 Dijkstra算法和Floyd算法 最短路径算法

    1.     问题

    给定一定无负值圈的图G,顶点集为V,使用Dijkstra算法求出G中顶点n到顶点m的最短路径,使用Floyd算法求出多源的最短路径,具体的图如下

    2.     解析

    Dijkstra算法是单源的最短路径算法,即给定一个起始点m,求出m到所有其他顶点的最短路径。主要思想是维护一个数组dist与S,S包含了所有已经确定了最短路径的点,对于dist来说|dist| == |V|,对于任意的dist[n],代表了从m为起始点,经过S中的顶点所确定的最短路径。算法的主要流程是:

    1.选定dist中未确定的顶点中值最小的顶点i,将i添加进S

    2.根据添加的顶点i,来更新dist中的值

    3.重复12直到找不到符合条件的顶点

    Floyd算法是多源最短路径算法,即可以求出任意的点m属于V,m到所有其他顶点的最短路径。主要思想是来维护两个二维数组D和P,对于D来说,任意的D[m][n],表示了从m点到n点,最多经过一个点的最短距离。对于P来说了,任意的P[m][n],表示了从m点到n点的最短距离所经过的点。对于任意两点m,n来说,都可能存在一个点k,使得D[m][k]+D[k][n]<D[m][n],如果满足上述条件,则对D进行更新,通过对所有存在的点进行一遍遍历,就可以得到任意两点之间的最短路径距离。而在P中存储的就是,这条路径具体的路线。以上图为例,最开始的邻接矩阵如图所示,D中代表了从m到n的距离(不经过任何点),P则代表了最短距离所经过的点。

    第一次遍历后,对于第一个点进行检查,判断是否存在m,n,使得使得D[m][1]+D[1][n]<D[m][n],第一次更新后的图如下:

    第二次更新后加上了第二个点:

     

    第三次更新后:

     

    第四次更新后就是所有点之间的最短路径了:

     

    如果要寻找路径,则可以根据P这个矩阵去递归的寻找。

    3.     设计

    [核心伪代码]

    Dijkstra:

    While(1){

           V = 找到未确定的点中dist最小的点

           If(找不到V)

                  Break

                  确定V

           For(V的所有邻接点V1)

           {

                  If(V1未确定)

                         Dist[V1] = min(dist[V]+<V,V1> , dist[V1])

           }

    }           

    Floyd:

    D = G的邻接矩阵

    For(k = 1;k <= G.vertex ;k++)

           For(i = 1;I <= G.vertex;i++)

                  For(j = 1;j <= G.vertex;j++)

                         If(D[i][k]+D[k][j]<D[i][j])

                         {

                                D[i][j] = D[i][k]+D[k][j];

                                P[i][j] = k;

                         }

    4.     分析

    Dijkstra算法的时间复杂度,首先对于最外面的while循环,这个循环会执行|V|次,对于循环内部去遍历邻接点的操作,最多会执行|V|次,因此整个算法的时间复杂度是O(|V|2)

    Floyd算法的时间复杂度是O(|V|3),因为主要内容就是三个循环,每个循环都进行了|V|次

    针对于Dijkstra算法还是比较好理解的,因为只是单源最短路径,只要维护一个数组就可以了,对于其中的贪心算法的思想也可以理解。但是对于Floyd算法其中的动态规划的思想还是没有理解的很透彻。

    5.     源码

    https://github.com/fanchile/Algorithm

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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/Fanchile/p/12409460.html
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