Dijkstra算法(单源最短路径)

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 楼主| parameters 发表于 2019-9-15 17:16 | 显示全部楼层 |阅读模式
      单源最短路径问题,即在图中求出给定顶点到其它任一顶点的最短路径。在弄清楚如何求算单源最短路径问题之前,必须弄清楚最短路径的最优子结构性质。
一.最短路径的最优子结构性质
   该性质描述为:如果P(i,j)={Vi....Vk..Vs...Vj}是从顶点i到j的最短路径,k和s是这条路径上的一个中间顶点,那么P(k,s)必定是从k到s的最短路径。下面证明该性质的正确性。
   假设P(i,j)={Vi....Vk..Vs...Vj}是从顶点i到j的最短路径,则有P(i,j)=P(i,k)+P(k,s)+P(s,j)。而P(k,s)不是从k到s的最短距离,那么必定存在另一条从k到s的最短路径P'(k,s),那么P'(i,j)=P(i,k)+P'(k,s)+P(s,j)<P(i,j)。则与P(i,j)是从i到j的最短路径相矛盾。因此该性质得证。

 楼主| parameters 发表于 2019-9-15 17:17 | 显示全部楼层
二.Dijkstra算法

   由上述性质可知,如果存在一条从i到j的最短路径(Vi.....Vk,Vj),Vk是Vj前面的一顶点。那么(Vi...Vk)也必定是从i到k的最短路径。为了求出最短路径,Dijkstra就提出了以最短路径长度递增,逐次生成最短路径的算法。譬如对于源顶点V0,首先选择其直接相邻的顶点中长度最短的顶点Vi,那么当前已知可得从V0到达Vj顶点的最短距离dist[j]=min{dist[j],dist[i]+matrix[i][j]}。
 楼主| parameters 发表于 2019-9-15 17:17 | 显示全部楼层
根据这种思路,
假设存在G=<V,E>,源顶点为V0,U={V0},dist[i]记录V0到i的最短距离,path[i]记录从V0到i路径上的i前面的一个顶点。

1.从V-U中选择使dist[i]值最小的顶点i,将i加入到U中;

2.更新与i直接相邻顶点的dist值。(dist[j]=min{dist[j],dist[i]+matrix[i][j]})

3.知道U=V,停止。
 楼主| parameters 发表于 2019-9-15 17:17 | 显示全部楼层
代码实现:

  1. /*Dijkstra求单源最短路径 2010.8.26*/

  2. #include <iostream>
  3. #include<stack>
  4. #define M 100
  5. #define N 100
  6. using namespace std;

  7. typedef struct node
  8. {
  9.     int matrix[N][M];      //邻接矩阵
  10.     int n;                 //顶点数
  11.     int e;                 //边数
  12. }MGraph;

  13. void DijkstraPath(MGraph g,int *dist,int *path,int v0)   //v0表示源顶点
  14. {
  15.     int i,j,k;
  16.     bool *visited=(bool *)malloc(sizeof(bool)*g.n);
  17.     for(i=0;i<g.n;i++)     //初始化
  18.     {
  19.         if(g.matrix[v0][i]>0&&i!=v0)
  20.         {
  21.             dist[i]=g.matrix[v0][i];
  22.             path[i]=v0;     //path记录最短路径上从v0到i的前一个顶点
  23.         }
  24.         else
  25.         {
  26.             dist[i]=INT_MAX;    //若i不与v0直接相邻,则权值置为无穷大
  27.             path[i]=-1;
  28.         }
  29.         visited[i]=false;
  30.         path[v0]=v0;
  31.         dist[v0]=0;
  32.     }
  33.     visited[v0]=true;
  34.     for(i=1;i<g.n;i++)     //循环扩展n-1次
  35.     {
  36.         int min=INT_MAX;
  37.         int u;
  38.         for(j=0;j<g.n;j++)    //寻找未被扩展的权值最小的顶点
  39.         {
  40.             if(visited[j]==false&&dist[j]<min)
  41.             {
  42.                 min=dist[j];
  43.                 u=j;        
  44.             }
  45.         }
  46.         visited[u]=true;
  47.         for(k=0;k<g.n;k++)   //更新dist数组的值和路径的值
  48.         {
  49.             if(visited[k]==false&&g.matrix[u][k]>0&&min+g.matrix[u][k]<dist[k])
  50.             {
  51.                 dist[k]=min+g.matrix[u][k];
  52.                 path[k]=u;
  53.             }
  54.         }        
  55.     }   
  56. }

  57. void showPath(int *path,int v,int v0)   //打印最短路径上的各个顶点
  58. {
  59.     stack<int> s;
  60.     int u=v;
  61.     while(v!=v0)
  62.     {
  63.         s.push(v);
  64.         v=path[v];
  65.     }
  66.     s.push(v);
  67.     while(!s.empty())
  68.     {
  69.         cout<<s.top()<<" ";
  70.         s.pop();
  71.     }
  72. }

  73. int main(int argc, char *argv[])
  74. {
  75.     int n,e;     //表示输入的顶点数和边数
  76.     while(cin>>n>>e&&e!=0)
  77.     {
  78.         int i,j;
  79.         int s,t,w;      //表示存在一条边s->t,权值为w
  80.         MGraph g;
  81.         int v0;
  82.         int *dist=(int *)malloc(sizeof(int)*n);
  83.         int *path=(int *)malloc(sizeof(int)*n);
  84.         for(i=0;i<N;i++)
  85.             for(j=0;j<M;j++)
  86.                 g.matrix[i][j]=0;
  87.         g.n=n;
  88.         g.e=e;
  89.         for(i=0;i<e;i++)
  90.         {
  91.             cin>>s>>t>>w;
  92.             g.matrix[s][t]=w;
  93.         }
  94.         cin>>v0;        //输入源顶点
  95.         DijkstraPath(g,dist,path,v0);
  96.         for(i=0;i<n;i++)
  97.         {
  98.             if(i!=v0)
  99.             {
  100.                 showPath(path,i,v0);
  101.                 cout<<dist[i]<<endl;
  102.             }
  103.         }
  104.     }
  105.     return 0;
  106. }
 楼主| parameters 发表于 2019-9-15 17:18 | 显示全部楼层
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 楼主| parameters 发表于 2019-9-15 17:18 | 显示全部楼层
作者:Matrix海子
    
出处:http://www.cnblogs.com/dolphin0520/
    
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