详解BFS,Dijkstra算法,Floyd算法是如何解决最短路径问题的

目录


1.BFS算法

G纲是个物流离散中心,经常需要往各个城市运东西,怎么运送距离最近——单源最短路径问题

各个城市之间也学要来往,相互之间怎么走距离最近?——每对顶点之间的最短路径

如下图,BFS算法是如何实现最短路径问题的呢?设从顶点2开始,第一次搜索的结点为1号结点和6号结点,路径为1,从1号结点和6号结点开始找相邻的接地,5号结点和3号7号为相邻的结点,然后5号结点周围都是已经访问过的,3号结点和7号结点分别搜索搭配4号和8号结点,路径为4 

代码 

void BFS_MIN_Distance(Graph G,int u){
	//d[i]表示从u到i结点的最短路径
	for(int i = 0;i <G.vexnum;i ++){
		d[i] = -1 ;        //初始化路径长度
		path[i] = -1;     //最短路径从哪个顶点过来 
	} 
	d[u] = 0;
	visited[u] = TRUE;
	EnQueue(Q,u);
	while(!isEmpty(Q)) {             //BFS算法过程 
		DeQueue(Q,u);               //对头元素u出队
		for(w = FirstNeighbor(G,u); w >=0 ;w = NextNeighbor(G,u,w))
		    if(!visited[w]){
		    	d[w] = d[u] + 1;    // w为u的尚未访问的领结点 
		    	path[w] = u;        //最短路径应从u到w 
		    	visited[w] = u;     // 设已访问标记 
		    	EnQueue(Q,w);       //顶点w入队 
			} 
	}
} 

2.Dijkstra算法

BFS算法的局限性

BFS算法只适用于求无权图,或所有边的权值都相同的图。

迪杰斯特拉最短路径算法可以解决

final:标记是否找到最短路径

dist:最短路径长度

path:路径上的前驱

首先v1和v4距离v0的路径长度分别为10和5,v0到本身的距离就位0

首先遍历所有没确定最短路径的点,v0是0,确定了,在v1,v2,v3,v4中找最短的是v4的5,

然后从经过v4开始 到v1的最短路径变为8,到v2的最短路径变为14,到v3的最短路径值改为7.

同时修改path的值。

第二轮循环中,如果遍历发现最小的v3,把v3final值设为true。然后看其他没有确定的点,经过v3到v2的最短路径为7+6= 13,修改dist[2]的值为13,在修改其path的值。

第三次循环 在v1和v2中,发现v1的dist值最少,将v1的final值改为true,经过v1的v2最短路径长度为9,修改为9,同时修改path的值。 

第四次循环遍历所有结点,发现未遍历的最小的为v2,然后就找不到了 。

通过path【】可知,v0到v2的最短带权路径v2<–v1<–v4<–v0。

时间复杂度

带负权值的图

3.Floyd算法

Floyd算法:求出每一对顶点之间的最短路径


使用动态规划思想,将问题的求解分为多个阶段
对于n个顶点的图G,求任意一对顶点Vi->Vj之间的最短路径可分为如下几个阶段:#初始:不允许在其他顶点中转,最短路径是?


#0:若允许在Vo中转,最短路径是?
#1∶若允许在Vo、V中转,最短路径是?#2:若允许在Vo、V1、V2中转,最短路径是?…
#n-1:若允许在Vo、V1、V2…….Vn-1中转,最短路径是?

算法实现

1. 

2.

3.

 经过v4的时候发现任何一个代码都不需要修改。

代码实现如下

l l ... ...准备工作,根据图的信息初始化矩阵A和 path (如上图)
for (int k=0 ; k<n ; k++){          //考虑以Vk 作为中转点
   for(int i=0; i<n; i++) {           //遍历整个矩阵,i为行号,j为列号
      for (int j=0; j<n; j++){
           if (A[i][j]>A[i] [k]+A[k][j]){   //以vk为中转点的路径更短
               A[i][j]=A[ i] [k ]+A[k][j];  //更新最短路径长度
                  path[ i][j]=k;    //中转点       
                }
           }
      }
 }

那么假如实现完成如何去找一个完整的路径呢

首先 v0 到 v4 通过 path[0][4]可知为3,所以

v0       v3        v4

然后v3到v4是没有中转点的,在再看v0和v3也就是path[0][3] 有2 这个中转点,所以填为

v0    v2   v3       v4

最后再找,只有v2 和v3之间有个中转点,中转点为v1

所以

v0   v2  v3  v1    v4  

最后Floyd算法可以实现负权图,不能实现带负权值的组成的回路

4.总结

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