一、单源点最短路径问题 :
问题描述:给定带权有向图G=(V, E)和源点v∈V,求从v到G中其余各顶点的最短路径。
迪杰斯特拉(Dijkstra)提出了一个按路径长度递增的次序产生最短路径的算法。
Dijkstra算法:
基本思想:设置一个集合S存放已经找到最短路径的顶点,S的初始状态只包含源点v,对vi∈V-S,假设从源点v到vi的有向边为最短路径。以后每求得一条最短路径v, …, vk,就将vk加入集合S中,并将路径v, …, vk , vi与原来的假设相比较,取路径长度较小者为最短路径。重复上述过程,直到集合V中全部顶点加入到集合S中。
下一条最短路径(设其终点为vi)或者是弧(v0,vi),或者是中间经过S中的顶点而最后到达顶点vi的路径。
示例:
算法步骤:
① 令S={Vs} ,用带权的邻接矩阵表示有向图,对图中每个顶点Vi按以下原则置初值:
② 选择一个顶点Vj ,使得:dist[j]=Min{ dist[k]| Vk∈V-S },Vj就是求得的下一条最短路径终点,将Vj 并入到S中,即S=S∪{Vj} 。
③ 对V-S中的每个顶点Vk ,修改dist[k],方法是:
若dist[j]+Wjk<dist[k],则修改为:dist[k]=dist[j]+Wjk ("Vk∈V-S )
④ 重复②,③,直到S=V为止。
算法实现:
二、每一对顶点之间的最短路径
问题描述:给定带权有向图G=(V, E),对任意顶点vi,vj∈V(i≠j),求顶点vi到顶点vj的最短路径。
解决办法1:每次以一个顶点为源点,调用Dijkstra算法n次。显然,时间复杂度为O(n3)。
解决办法2:弗洛伊德提出的求每一对顶点之间的最短路径算法——Floyd算法,其时间复杂度也是O(n3),但形式上要简单些。
Floyd算法:
基本思想:对于从vi到vj的弧,进行n次试探:首先考虑路径vi,v0,vj是否存在,如果存在,则比较vi,vj和vi,v0,vj的路径长度,取较短者为从vi到vj的中间顶点的序号不大于0的最短路径。在路径上再增加一个顶点v1,依此类推,在经过n次比较后,最后求得的必是从顶点vi到顶点vj的最短路径。
示例:
数据结构:
图的存储结构:带权的邻接矩阵存储结构
数组dist[n][n]:存放在迭代过程中求得的最短路径长度。迭代公式:
数组path[n][n]:存放从vi到vj的最短路径,初始为path[i][j]="vivj"。
算法实现:
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