B : DS图应用–最短路径
文章目录
- B : DS图应用--最短路径
- Description
- Input
- Output
- Sample
- Input
- Output
- 解题思路:
- 初始化
- 主循环
- 心得:
- AC代码
Description
给出一个图的邻接矩阵,再给出指定顶点v0,求顶点v0到其他顶点的最短路径
Input
第一行输入t,表示有t个测试实例
第二行输入n,表示第1个图有n个结点
第三行起,每行输入邻接矩阵的一行,以此类推输入n行
第i个结点与其他结点如果相连则为1,无连接则为0,数据之间用空格隔开
第四行输入v0,表示求v0到其他顶点的最短路径距离
以此类推输入下一个示例
Output
每行输出v0到某个顶点的最短距离和最短路径
每行格式:v0编号-其他顶点编号—-[最短路径],具体请参考示范数据
Sample
Input
1
5
0 5 0 7 15
0 0 5 0 0
0 0 0 0 1
0 0 2 0 0
0 0 0 0 0
0
Output
0-1-5----[0 1 ]
0-2-9----[0 3 2 ]
0-3-7----[0 3 ]
0-4-10----[0 3 2 4 ]
解题思路:
首先先要了解图论里面单源最短路径的实现——Dijkstra算法,知道它是怎么一步步算出源点到每一个点的最短距离的,可以参考这个视频【算法】最短路径查找—Dijkstra算法,然后就看代码,对着视频来进行解释:
// Dijkstra算法实现
void Dijkstra(int start)
{memset(dis, 0x3f, sizeof(dis));memset(fixed, 0, sizeof(fixed));last[start] = -1;dis[start] = 0;int minDisNode, minDis;for (int i = 0; i < n; i++){minDis = INF;for (int j = 0; j < n; j++)if (!fixed[j] && dis[j] < minDis)minDisNode = j, minDis = dis[j];fixed[minDisNode] = true;for (int j = 0; j < n; j++){if (g[minDisNode][j] != 0 && minDis + g[minDisNode][j] < dis[j])dis[j] = minDis + g[minDisNode][j], last[j] = minDisNode;}}return 0;
}
初始化
memset(dis, 0x3f, sizeof(dis)); // 设置所有节点到源点的初始距离为无穷大
memset(fixed, 0, sizeof(fixed)); // 初始化所有节点为未固定
last[start] = -1; // 源点的上一个节点设置为-1
dis[start] = 0; // 源点到自身的距离设置为0
dis[]
数组存储从源点到每个节点的当前最短距离。初始时,除了源点到自身的距离为0外,所有其他距离都设置为无穷大。fixed[]
数组用于标记节点是否已经找到了从源点出发的最短路径。last[]
数组用于记录到达每个节点的最短路径上的前一个节点,对于源点而言,没有前一个节点,所以设置为-1。
主循环
for (int i = 0; i < n; i++)
{minDis = INF;for (int j = 0; j < n; j++)if (!fixed[j] && dis[j] < minDis)minDisNode = j, minDis = dis[j];fixed[minDisNode] = true;for (int j = 0; j < n; j++){if (g[minDisNode][j] != 0 && minDis + g[minDisNode][j] < dis[j])dis[j] = minDis + g[minDisNode][j], last[j] = minDisNode;}
}
- 第一个
for
循环遍历所有节点,寻找最短路径。 - 内层的第一个
for
循环用于找到当前未固定节点中距离源点最近的节点minDisNode
。 fixed[minDisNode] = true;
将找到的最短距离节点标记为已固定。- 内层的第二个
for
循环进行“松弛操作”:通过minDisNode
更新其他未固定节点的最短距离。如果通过minDisNode
到某个节点的距离比当前记录的距离短,则更新该距离 - 松弛操作:
if (g[minDisNode][j] != 0 && minDis + g[minDisNode][j] < dis[j])
检查是否存在一条从minDisNode
到j
的边,并且通过这条边到达j
的距离是否比当前记录的距离短。如果是,更新dis[j]
为通过minDisNode
到j
的新距离,并记录last[j]
为minDisNode
。
心得:
一开始学这个算法的时候,可能会想到一个环,对于这个环,例如一个三个节点的环,现在节点一是源点,懵的地方就在于我在第一个次循环之后得出节点一到节点二最短,我就把节点二纳入fixed中,我就有疑惑,如果是一个环的话,那我从节点一到节点三再到节点二为什么不是最短。现在项想明白,在循环内层第一个for循环的时候,就已经挑选出最短的了,哪怕节点一到节点二和节点一到节点三的距离相等,节点三到节点二总不可能为负数吧。
明白这个算法的原理之后,后面的输出就很简单了,直接上代码吧。
AC代码
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;const int INF = 999999; // 定义无穷大常量void printShortestPath(int u, const vector<int>& previousNodes) {if (u == -1)return;printShortestPath(previousNodes[u], previousNodes);cout << u << " ";return;
}void calculateShortestPaths(int start, const vector<vector<int>>& graph, int n) {vector<int> previousNodes(n, -1);vector<int> shortestDistances(n, INF);vector<int> visitedNodes(n, 0);shortestDistances[start] = 0;for (int i = 0; i < n; i++) {int minDistance = INF, nearestNode = -1;for (int j = 0; j < n; j++)if (!visitedNodes[j] && shortestDistances[j] < minDistance){nearestNode = j;minDistance = shortestDistances[j];}visitedNodes[nearestNode] = 1;for (int j = 0; j < n; j++)if (graph[nearestNode][j] != 0 && minDistance + graph[nearestNode][j] < shortestDistances[j]){shortestDistances[j] = minDistance + graph[nearestNode][j];previousNodes[j] = nearestNode;}}for (int i = 0; i < n; i++) {if (i != start) {cout << start << "-" << i << "-" << shortestDistances[i];cout << "----[";printShortestPath(i, previousNodes);cout << "]" << endl;}}return;
}int main() {int t;cin >> t;while (t--) {int n;cin >> n;vector<vector<int>> graph(n, vector<int>(n));for (int i = 0; i < n; i++)for (int j = 0; j < n; j++)cin >> graph[i][j];int sourceNode;cin >> sourceNode;calculateShortestPaths(sourceNode, graph, n);}return 0;
}