参考:
《啊哈!算法》p.155
https://www.cnblogs.com/dailinfu/p/7398112.html
该算法用于解决一个点到其余各顶点的最短路径
先来一张图,求1点到6点的最短路径
先用一个二维数组用于存储这张图
还有一个一维数组存储1点到各点的距离
我们将此时dis数组中的值称为最短路程的“估计值”。
既然是求1号顶点到其余各个顶点的最短路程,那就先找一个离1号顶点最近的顶点。通过数组dis可知当前离1号顶点最近的是2号顶点。当选择了2号顶点后,dis[2]的值就已经从“估计值”变为了“确定值”,即1号顶点到2号顶点的最短路程就是当前dis[2]值。为什么呢?你想啊,目前离1号顶点最近的是2号顶点,并且这个图所有的边都是正数,那么肯定不可能通过第三个顶点中转,使得1号顶点到2号顶点的路程进一步缩短了。 因为1号顶点到其他顶点的路程肯定没有1号到2号顶点短,对吧O(∩_∩)O~
既然选了2号顶点,接下来再来看2号顶点有哪些出边呢。有2→3和2→4这两条边。先讨论通过2→3这条边能否让1号顶点到3号顶点的路程变短,也就是说现在来比较dis[3]和dis[2]+e[2][3]的大小。其中dis[3]表示1号顶点到3号顶点的路程; dis[2]+e[2][3]中 dis[2]表示1号顶点到2号顶点的路程,e[2][3]表示2→3这条边。所以
dis[2]+e[2][3]就表示从1号顶点先到2号顶点,再通过2→3这条边,到达3号顶点的路程。
我们发现dis[3]=12, dis[2]+e[2][3]=1+9=10, dis[3]>dis[2]+e[2][3], 因此dis[3]要更新为10。这个过程有个专业术语叫做“松弛”,1 号顶点到3号顶点的路程即dis[3],通过2→3这条边松弛成功。这便是Dijkstra算法的主要思想:通过“边”来松弛1号顶点到其余各个顶点的路程。
同理,通过2→4 (e[2][4]), 可以将dis[4]的值从∞松弛为4 (dis[4]初始为∞,dis[2]+e[2][4]=1+3=4, dis[4]>dis[2]+e[2][4], 因此dis[4]要更新为4)。
刚才我们对2号顶点所有的出边进行了松弛。松弛完毕之后dis数组为:
接下来,继续在剩下的3、4、5和6号顶点中,选出离1号顶点最近的顶点。通过上面更新过的dis数组,当前离1号顶点最近的是4号顶点。此时,dis[4]的值已经从“估计值”变为了“确定值”。 下面继续对4号顶点的所有出边(4-->3,4-->5和4-->6)用刚才的方法进行松弛。松弛完毕之后dis数组为:
继续在剩下的5和6号顶点中,选出离1号顶点最近的顶点,这次选择5号顶点。此时,dis[5]的值已经从“估计值”变为了“确定值”。对5号顶点的所有出边(5-->4)进行松弛。松弛完毕之后dis 数组为:
OK,现在来总结一下刚才的算法。算法的基本思想是:每次找到离源点(. 上面例子的源点就是1号顶点)最近的一个顶点,然后以该顶点为中心进行扩展,最终得到源点到其余所有点的最短路径。基本步骤如下:
1.将所有的顶点分为两部分:已知最短路程的顶点集合P和未知最短路径的顶点集合Q。最开始,已知最短路径的顶点集合P中只有源点一个顶点。我们这里用一个book数组来记录哪些点在集合P中。例如对于某个顶点i,如果book[i]为1则表示这个顶点在集合P中,如果book[i]为0则表示这个顶点在集合Q中。
2.设置源点s到自己的最短路径为0即dis[s]=0。若存在有源点能直接到达的顶点i,则把dis[i]设为e[s][i]。同时把所有其他(源点不能直接到达的)顶点的最短路径设为∞。
3. 在集合Q的所有顶点中选择一个离源点s最近的顶点u (即dis[u]最小) 加入到集合P。并考察所有以点u为起点的边,对每一条边进行松弛操作。例如存在一条从u到v的边,那么可以通过将边u→v添加到尾部来拓展一条从s到v的路径,这条路径的长度是dis[u]+e[u][v]。 如果这个值比目前已知的dis[v]的值要小,我们可以用新值来替代当前dis[v]中的值。
4. 重复第3步,如果集合Q为空,算法结束。最终dis数组中的值就是源点到所有顶点的最短路径。
贴出完整算法
/*Dijkstra算法,即单源最短路径算法:通过边实现松弛*/ #include<stdio.h> int main() { int i,j,n,m,u,v,t1,t2,t3,min; int dis[10]; int e[10][10]; int book[10]; int inf=99999999; scanf("%d %d",&n,&m); for(i=1;i<=n;i++) for(j=1;j<=n;j++) if(i==j) e[i][j]=0; else e[i][j]=inf; for(i=1;i<=m;i++) { scanf("%d %d %d",&t1,&t2,&t3); e[t1][t2]=t3; } //初始化dis数组,1号到各个顶点的初始路程 for(i=1;i<=n;i++) dis[i]=e[1][i]; for(i=1;i<=n;i++) book[i]=0; book[1]=1; //Dijkstra核心算法 for(i=1;i<=n-1;i++) { //找到离1号顶点最近的顶点 min=inf; for(j=1;j<=n;j++) { if(book[j]==0 && dis[j]<min) { min=dis[j]; u=j; } } book[u]=1; //这一步漏了,一定要记住走过的顶点一定要标记 for(v=1;v<=n;v++) { if(e[u][v]<inf) //自己做的时候,还少了以这一步 是否应该改成if(book[v]==0 && e[u][v]<inf) { if(dis[v]>dis[u]+e[u][v]) dis[v]=dis[u]+e[u][v]; } } } for(i=1;i<=n;i++) printf("%5d",dis[i]); getchar();getchar(); return 0; } /* input: 6 9 1 2 1 1 3 12 2 3 9 2 4 3 3 5 5 4 3 4 4 5 13 4 6 15 5 6 4 output: 0 1 8 4 13 17 * /
但是这个算法的时间复杂度是0(N^2).我希望他的时间复杂度降为0((M+N)logN)
4 5
第一行两个整数n,m分别代表点的个数,路线的数量。
接下来的五行x,y,z.代表点x到点y的距离z。
存储的结构是这样的。就像hashmap
再用一个first数组来存储每个顶点其中一条边的编号。以便待会我们来枚举每个顶点所有的边(你可能会问:存储其中一条边的编号就可以了?不可能吧,每个顶点都需要存储其所有边的编号才行吧!甭着急,继续往下看)。比如1号顶点有一条边是 “1 4 9”(该条边的编号是1),那么就将first[1]的值设为1。如果某个顶点i没有以该顶点为起始点的边,则将first[i]的值设为-1。现在我们来看看具体如何操作,初始状态如下。
咦?上图中怎么多了一个next数组,有什么作用呢?不着急,待会再解释,现在先读入第一条边“1 4 9”。
读入第1条边(1 4 9),将这条边的信息存储到u[1]、v[1]和w[1]中。同时为这条边赋予一个编号,因为这条边是最先读入的,存储在u、v和w数组下标为1的单元格中,因此编号就是1。这条边的起始点是1号顶点,因此将first[1]的值设为1。
另外这条“编号为1的边”是以1号顶点(即u[1])为起始点的第一条边,所以要将next[1]的值设为-1。也就是说,如果当前这条“编号为i的边”,是我们发现的以u[i]为起始点的第一条边,就将next[i]的值设为-1(貌似的这个next数组很神秘啊⊙_⊙)。
读入第2条边(4 3 8),将这条边的信息存储到u[2]、v[2]和w[2]中,这条边的编号为2。这条边的起始顶点是4号顶点,因此将first[4]的值设为2。另外这条“编号为2的边”是我们发现以4号顶点为起始点的第一条边,所以将next[2]的值设为-1。
读入第3条边(1 2 5),将这条边的信息存储到u[3]、v[3]和w[3]中,这条边的编号为3,起始顶点是1号顶点。我们发现1号顶点已经有一条“编号为1 的边”了,如果此时将first[1]的值设为3,那“编号为1的边”岂不是就丢失了?我有办法,此时只需将next[3]的值设为1即可。现在你知道next数组是用来做什么的吧。next[i]存储的是“编号为i的边”的“前一条边”的编号。
读入第4条边(2 4 6),将这条边的信息存储到u[4]、v[4]和w[4]中,这条边的编号为4,起始顶点是2号顶点,因此将first[2]的值设为4。另外这条“编号为4的边”是我们发现以2号顶点为起始点的第一条边,所以将next[4]的值设为-1。
读入第5条边(1 3 7),将这条边的信息存储到u[5]、v[5]和w[5]中,这条边的编号为5,起始顶点又是1号顶点。此时需要将first[1]的值设为5,并将next[5]的值改为3。
接下来如何遍历每一条边呢? 我们之前说过其实first 数组存储的就是每个顶点i (i从1~n) 的第一条边。比如1号顶点的第一条边是编号为5的边(1 3 7), 2号顶点的第一条边是编号为4的边(2 4 6), 3号顶点没有出向边, 4号顶点的第一条边是编号为2的边(2 4 6)。那么如何遍历1号顶点的每一条边呢?也很简单。请看下图:
核心代码
int n,m,i; //u、v和w的数组大小要根据实际情况来设置,要比m的最大值要大1 int u[6],v[6],w[6]; //first和next的数组大小要根据实际情况来设置,要比n的最大值要大1 int first[5],next[5]; scanf("%d %d",&n,&m); //初始化first数组下标1~n的值为-1,表示1~n顶点暂时都没有边 for(i=1;i<=n;i++) first[i]=-1; for(i=1;i<=m;i++) { scanf("%d %d %d",&u[i],&v[i],&w[i]);//读入每一条边 //下面两句是关键啦 next[i]=first[u[i]]; first[u[i]]=i; }
原文:https://www.cnblogs.com/clarencezzh/p/10384083.html