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单源最短路径之dijkstra算法

程序员文章站 2022-04-06 14:34:50
...

前提:
在一个连通图中,从一个顶点到另一个顶点间可能存在多条路径,而每条路径的边数并不一定相同。如果是一个带权图,那么路径长度为路径上各边的权值的总和。两个顶点间路径长度最短的那条路径称为两个顶点间的最短路径,其路径长度称为最短路径长度。

最短路径在实际中有重要的应用价值。如用顶点表示城市,边表示两城市之间的道路,边上的权值表示两城市之间的距离。那么城市A到城市B连通的情况下,哪条路径距离最短呢,这样的问题可以归结为最短路径问题。

概念:该算法常用于路由算法或者作为其他图算法的一个子模块。常常用来计算一个图中某点到其他点的最短路径:例如该题:ccf2016094交通规划

算法思想:以起始点为中心,向外层层扩散。其主要特点是每次迭代时选择的下一个顶点是标记点之外距离源点最近的顶点。
设G=(V,E)是一个带权有向图,把图中顶点集合V分成两组,第一组为已求出最短路径的顶点集合(用S表示,初始时S中只有一个源点,以后每求得一条最短路径 , 就将加入到集合S中,直到全部顶点都加入到S中,算法就结束了),第二组为其余未确定最短路径的顶点集合(用U表示),按最短路径长度的递增次序依次把第二组的顶点加入S中。在加入的过程中,总保持从源点v到S中各顶点的最短路径长度不大于从源点v到U中任何顶点的最短路径长度。此外,每个顶点对应一个距离,S中的顶点的距离就是从v到此顶点的最短路径长度,U中的顶点的距离,是从v到此顶点只包括S中的顶点为中间顶点的当前最短路径长度。
(见算法导论翻译版第三版383页)

例如该图的单源最短路径
单源最短路径之dijkstra算法

对应代码:

#include<iostream>
#include<cstring>
using namespace std;
const int maxn=1000;
const int maxnum=10000;
int arr[maxn][maxn];
bool vis[maxn];
int dist[maxn];//存放源点到某一点的距离 
int n,m;

void dijkstra(int start)
{
    int i,j;
    memset(vis,false,sizeof(vis));
    vis[start]=true;
    //初始化源点到各个点的距离 
    for(i=0;i<n;i++)
        dist[i]=arr[start][i];

    for(i=0;i<n;i++)
    {
        if(i==j)
            continue;
        int minindex,minum;
        minum=maxnum;

        for(j=0;j<n;j++)
        {
            if(dist[j]<minum&&vis[j]==false)
            {
                minum=dist[j];
                minindex=j;
            }
        }
        //27行到34行的代码用于查找dist数组中权值最小的一个点,
        //如上图中,若源点是1则第一次查找到的是点2 
        vis[minindex]=true;

        for(j=0;j<n;j++)//更新dist数组,如果找到的这个点到某个未访问过点的距离小于源点到这个点的距离,则更新 
        {
            if(vis[j]==false&&arr[minindex][j]+minum<dist[j])
                dist[j]=arr[minindex][j]+minum;
        }
    }


}

int main()
{
    int i,j,a,b,c,s;
    cin>>n>>m;
    for(i=0;i<n;i++)
    {
        for(j=0;j<n;j++)
        {
            arr[i][j]=maxnum;
            if(i==j)
                arr[i][j]=0;    
        }
    }
    while(m--)
    {
        cin>>a>>b>>c;
        arr[a][b]=arr[b][a]=c;
    }
    cout<<"输入源点:"<<endl;
    cin>>s;
    dijkstra(s);
    for(i=0;i<n;i++)
        cout<<dist[i]<<" ";
    return 0;
}

测试数据:
5 7
0 1 8
0 2 1
0 3 2
1 3 3
2 3 2
3 4 3
2 4 3
0
单源最短路径之dijkstra算法

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