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  • 单源最短路——SPFA算法(Bellman-Ford算法队列优化)

    spfa的算法思想(动态逼近法):
         设立一个先进先出的队列q用来保存待优化的结点,优化时每次取出队首结点u,并且用u点当前的最短路径估计值对离开u点所指向的结点v进行松弛操作,如果v点的最短路径估计值有所调整,且v点不在当前的队列中,就将v点放入队尾。这样不断从队列中取出结点来进行松弛操作,直至队列空为止。
          松弛操作的原理是著名的定理:“三角形两边之和大于第三边”,在信息学中我们叫它三角不等式。所谓对结点i,j进行松弛,就是判定是否dis[j]>dis[i]+w[i,j],如果该式成立则将dis[j]减小到dis[i]+w[i,j],否则不动。
         下面举一个实例来说明SFFA算法是怎样进行的:

     

     

    和广搜bfs的区别:

        SPFA 在形式上和广度(宽度)优先搜索非常类似,不同的是bfs中一个点出了队列就不可能重新进入队列,但是SPFA中一个点可能在出队列之后再次被放入队列,也就是一个点改进过其它的点之后,过了一段时间可能本身被改进(重新入队),于是再次用来改进其它的点,这样反复迭代下去。

    算法描述:

     1 void  spfa(s);  //求单源点s到其它各顶点的最短距离
     2 for i=1 to n do
     3 {
     4     dis[i]=∞;    //初始化每点到s的距离,不在队列
     5         vis[i]=false;
     6     }
     7 dis[s]=0;  //将dis[源点]设为0
     8 vis[s]=true; //源点s入队列
     9 head=0;
    10 tail=1;
    11 q[tail]=s; //源点s入队, 头尾指针赋初值
    12 while head<tail do
    13 {
    14     head+1;  //队首出队
    15     v=q[head];  //队首结点v
    16         vis[v]=false;  //释放对v的标记,可以重新入队
    17         for 每条边(v,i)  //对于与队首v相连的每一条边
    18             if (dis[i]>dis[v]+a[v][i])  //如果不满足三角形性质
    19                 dis[i] = dis[v] + a[v][i]   //松弛dis[i]
    20                          if (vis[i]=false)
    21                 {
    22                     tail+1;    //不在队列,则加入队列
    23                     q[tail]=i;
    24                     vis[i]=true;
    25                 }
    26     }

    代码实现:

     1 #include<cstdio>
     2 #include<cstring>
     3 #include<iostream>
     4 #include<queue>
     5 #include<vector>
     6 #define inf 0x3f3f3f3f
     7 using namespace std;
     8 int n,m;
     9 struct node
    10 {
    11     int to;
    12     int power;
    13 } t;
    14 vector<node>g[110];
    15 int vis[110];
    16 int dis[110];///记录各个点到起点的距离
    17 void SPFA(int s)
    18 {
    19     queue<int>q;///建立队列
    20     int point,i,j;
    21     q.push(s);
    22     vis[s]=1;///加入队列并标记
    23     while(!q.empty())///在队列不为空的情况下
    24     {
    25 
    26         point=q.front();
    27         q.pop();
    28         vis[point]=0;///弹出队列取消标记
    29         for(i=0; i<g[point].size(); i++)
    30         {
    31             if(dis[g[point][i].to]>g[point][i].power+dis[point])
    32             {
    33                 dis[g[point][i].to]=g[point][i].power+dis[point];///松弛操作,更新路径
    34                 if(!vis[g[point][i].to])///若该店不在队列中
    35                 {
    36                     q.push(g[point][i].to);
    37                     vis[g[point][i].to]=1;///将该点压人队列并标记
    38                 }
    39             }
    40         }
    41     }
    42 }
    43 int main()
    44 {
    45     int i,j,a,b,c;
    46     while(scanf("%d%d",&n,&m)!=EOF)
    47     {
    48         if(n==0||m==0)
    49         {
    50             break;
    51         }
    52         memset(vis,0,sizeof(vis));
    53         memset(dis,inf,sizeof(dis));
    54         for(i=0; i<105; i++)
    55         {
    56             g[i].clear();///清空队列
    57         }
    58         for(i=0; i<m; i++)
    59         {
    60             scanf("%d%d%d",&a,&b,&c);
    61             t.to=a;
    62             t.power=c;
    63             g[b].push_back(t);
    64             t.to=b;
    65             t.power=c;
    66             g[a].push_back(t);///双向
    67         }
    68         dis[1]=0;
    69         SPFA(1);///起点为1
    70         printf("%d
    ",dis[n]);
    71     }
    72     return 0;
    73 }
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