求最短路径的三种算法: Ford, Dijkstra和Floyd
Bellman-Ford算法
Bellman-Ford是一种容易理解的单源最短路径算法, Bellman-Ford算法需要两个数组进行辅助:
dis[i]: 存储顶点i到源点已知最短路径path[i]: 存储顶点i到源点已知最短路径上, i的前一个顶点.
若图有n个顶点, 则图中最长简单路径长度不超过n-1, 因此Ford算法进行n-1次迭代确保获得最短路径.
Ford算法的每次迭代遍历所有边, 并对边进行松弛(relax)操作. 对边e进行松弛是指: 若从源点通过e.start到达e.stop的路径长小于已知最短路径, 则更新已知最短路径.
为了便于描述, 本文采用python实现算法. 首先实现两个工具函数:
INF = 1e6
def make_mat(m, n, fill=None):
mat = []
for i in range(m):
mat.append([fill] * n)
return mat
def get_edges(graph):
n = len(graph)
edges = []
for i in range(n):
for j in range(n):
if graph[i][j] != 0:
edges.append((i, j, graph[i][j]))
return edges
make_mat用于初始化二维数组, get_edges用于将图由邻接矩阵表示变换为边的列表.
接下来就可以实现Bellman-Ford算法了:
def ford(graph, v0):
n = len(graph)
edges = get_edges(graph)
dis = [INF] * n
dis[v0] = 0
path = [0] * n
for k in range(n-1):
for edge in edges:
# relax
if dis[edge[0]] + edge[2] < dis[edge[1]]:
dis[edge[1]] = dis[edge[0]] + edge[2]
path[edge[1]] = edge[0]
return dis, path
初始化后执行迭代和松弛操作, 非常简单.
由path[i]获得最短路径的前驱顶点, 逐次迭代得到从顶点i到源点的最短路径. 倒序即可得源点到i的最短路径.
def show(path, start, stop):
i = stop
tmp = [stop]
while i != start:
i = path[i]
tmp.append(i)
return list(reversed(tmp))
Ford算法允许路径的权值为负, 但是若路径中存在总权值为负的环的话, 每次经过该环最短路径长就会减少. 因此, 图中的部分点不存在最短路径(最短路径长为负无穷).
若路径中不存在负环, 则进行n-1次迭代后不存在可以进行松弛的边. 因此再遍历一次边, 若存在可松弛的边说明图中存在负环.
这样改进得到可以检测负环的Ford算法:
def ford(graph, v0):
n = len(graph)
edges = get_edges(graph)
dis = [INF] * n
dis[v0] = 0
path = [0] * n
for k in range(n-1):
for edge in edges:
# relax
if dis[edge[0]] + edge[2] < dis[edge[1]]:
dis[edge[1]] = dis[edge[0]] + edge[2]
path[edge[1]] = edge[0]
# check negative loop
flag = False
for edge in edges:
# try to relax
if dis[edge[0]] + edge[2] < dis[edge[1]]:
flag = True
break
if flag:
return False
return dis, path
Dijkstra算法
Dijkstra算法是一种贪心算法, 但可以保证求得全局最优解. Dijkstra算法需要和Ford算法同样的两个辅助数组:
dis[i]: 存储顶点i到源点已知最短路径path[i]: 存储顶点i到源点已知最短路径上, i的前一个顶点.
Dijkstra算法的核心仍然是松弛操作, 但是选择松弛的边的方法不同. Dijkstra算法使用一个小顶堆存储所有未被访问过的边, 然后每次选择其中最小的进行松弛.
def dijkstra(graph, v0):
n = len(graph)
dis = [INF] * n
dis[v0] = 0
path = [0] * n
unvisited = get_edges(graph)
heapq.heapify(unvisited)
while len(unvisited):
u = heapq.heappop(unvisited)[1]
for v in range(len(graph[u])):
w = graph[u][v]
if dis[u] + w < dis[v]:
dis[v] = dis[u] + w
path[v] = u
return dis, path
Floyd
floyd算法是采用动态规划思想的多源最短路径算法. 它同样需要两个辅助数组, 但作为多源最短路径算法, 其结构不同:
dis[i][j]: 保存从顶点i到顶点j的已知最短路径, 初始化为直接连接path[i][j]: 保存从顶点i到顶点j的已知最短路径上下一个顶点, 初始化为j
def floyd(graph):
# init
m = len(graph)
dis = make_mat(m, m, fill=0)
path = make_mat(m, m, fill=0)
for i in range(m):
for j in range(m):
dis[i][j] = graph[i][j]
path[i][j] = j
for k in range(m):
for i in range(m):
for j in range(m):
# relax
if dis[i][k] + dis[k][j] < dis[i][j]:
dis[i][j] = dis[i][k] + dis[k][j]
path[i][j] = path[i][k]
return dis, path
算法核心是遍历顶点k, i, j. 若从顶点i经过顶点k到达顶点j的路径, 比已知从i到j的最短路径短, 则更新已知最短路径.
求最短路径的三种算法: Ford, Dijkstra和Floyd的更多相关文章
- 【2018寒假集训Day 7】【最短路径】三种算法的模板
Luogu单源最短路径模版题 dijkstra #include<cstdio> #include<vector> using namespace std; const int ...
- c语言求回文数的三种算法的描述
c语言求回文数的三种算法的描述 题目描述 注意:(这些回文数都没有前导0) 1位的回文数有0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 共10个: 2位的回文数有11,22,33,44,55,66,77,8 ...
- (最短路径算法整理)dijkstra、floyd、bellman-ford、spfa算法模板的整理与介绍
这一篇博客以一些OJ上的题目为载体.整理一下最短路径算法.会陆续的更新... 一.多源最短路算法--floyd算法 floyd算法主要用于求随意两点间的最短路径.也成最短最短路径问题. 核心代码: / ...
- 最短路问题的三种算法&模板
最短路算法&模板 最短路问题是图论的基础问题.本篇随笔就图论中最短路问题进行剖析,讲解常用的三种最短路算法:Floyd算法.Dijkstra算法及SPFA算法,并给出三种算法的模板.流畅阅读本 ...
- 算法学习笔记(三) 最短路 Dijkstra 和 Floyd 算法
图论中一个经典问题就是求最短路.最为基础和最为经典的算法莫过于 Dijkstra 和 Floyd 算法,一个是贪心算法,一个是动态规划.这也是算法中的两大经典代表.用一个简单图在纸上一步一步演算,也是 ...
- Java利用DES/3DES/AES这三种算法分别实现对称加密
转载地址:http://blog.csdn.net/smartbetter/article/details/54017759 有两句话是这么说的: 1)算法和数据结构就是编程的一个重要部分,你若失掉了 ...
- 内存分配---FF、BF、WF三种算法
动态分区分配是根据进程的实际需要,动态的为之分配内存空间.而在实现可变分区分配时,将涉及到分区分配中 所用的数据结构.分区分配算法和分区的分配与内存回收的过程. 分区分配中的数据结构:(1)描述空闲块 ...
- 图文实例解析,InnoDB 存储引擎中行锁的三种算法
前文提到,对于 InnoDB 来说,随时都可以加锁(关于加锁的 SQL 语句这里就不说了,忘记的小伙伴可以翻一下上篇文章),但是并非随时都可以解锁.具体来说,InnoDB 采用的是两阶段锁定协议(tw ...
- 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 ...
随机推荐
- [ACM_动态规划] hdu 1176 免费馅饼 [变形数塔问题]
Problem Description 都说天上不会掉馅饼,但有一天gameboy正走在回家的小径上,忽然天上掉下大把大把的馅饼.说来gameboy的人品实在是太好了,这馅饼别处都不掉,就掉落在他身旁 ...
- Asp.Net 跨域,Asp.Net MVC 跨域,Session共享,CORS,Asp.Net CORS,Asp.Net MVC CORS,MVC CORS
比如 http://www.test.com 和 http://m.test.com 一.简单粗暴的方法 Web.Config <system.web> <!--其他配置 省略……- ...
- C#实现墨卡托投影坐标系经纬度与米制单位之间的互转
using System; using GeoJSON.Net.Geometry; namespace GISWebService.Common { /// <summary> /// 墨 ...
- fast powf
测试结果: sum (fast) in clock 1562sum (fast2) in clock 1407sum (fast3) in clock 3156sum in clock 7797Err ...
- AtomicInteger源码解析
此文已由作者赵计刚授权网易云社区发布. 欢迎访问网易云社区,了解更多网易技术产品运营经验. 1.原子类 可以实现一些原子操作 基于CAS 下面就以AtomicInteger为例. 2.AtomicIn ...
- day72 Ajax 第一天
第一个示例:(i1+i2 ) 前端数据 <!DOCTYPE html> <html lang="en"> <head> <meta cha ...
- 程序媛计划——python初级课时3~5
产生1-10中的随机数: for 循环:所有可遍历对象都能用于for循环,如一个字符串. len(list),list中的元素类型可以各不相同:可以直接用下标对list元素赋值来更新列表 对字符串可以 ...
- Linux快速学习系列
这篇文章会随着学习的进行,不断的更新!!! 总结 操作系统引入的抽象概念 进程(process) 地址空间(address space) 虚拟内存(virtual memory) 操作系统引入的cah ...
- flask-mysqldb安装时EnvironmentError: mysql_config not found
安装时候的日志如下: sh: : mysql_config: not found Traceback (most recent call last): File , in <module> ...
- react-router-dom 手动控制路由跳转
基于 react-router 4.0 版本,我们想要通过 JS 手动控制路由跳转,分三步: 第一步:引入 propTypes const PropTypes = require('prop-type ...