算法训练营第七十三天 | Bellman_ford算法、SPFA算法、Bellman_ford之判断负权回路

Bellman_ford算法

题目链接：
https://kamacoder.com/problempage.php?pid=1152

对所有边松弛一次，相当于计算 起点到达 与起点一条边相连的节点 的最短距离，这里 说的是 一条边相连的节点。

与起点（节点1）一条边相邻的节点，到达节点2 最短距离是 1，到达节点3 最短距离是5。

而 节点1 -> 节点2 -> 节点5 -> 节点3 这条路线 是 与起点 三条边相连的路线了。

所以对所有边松弛一次 能得到 与起点 一条边相连的节点最短距离。

那对所有边松弛两次 可以得到与起点 两条边相连的节点的最短距离。

那对所有边松弛三次 可以得到与起点 三条边相连的节点的最短距离，这个时候，我们就能得到到达节点3真正的最短距离，也就是 节点1 -> 节点2 -> 节点5 -> 节点3 这条路线。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <list>
#include <climits>
using namespace std;int main() {int n, m, p1, p2, val;cin >> n >> m;vector<vector<int>> grid;// 将所有边保存起来for(int i = 0; i < m; i++){cin >> p1 >> p2 >> val;// p1 指向 p2，权值为 valgrid.push_back({p1, p2, val});}int start = 1;  // 起点int end = n;    // 终点vector<int> minDist(n + 1 , INT_MAX);minDist[start] = 0;for (int i = 1; i < n; i++) { // 对所有边 松弛 n-1 次for (vector<int> &side : grid) { // 每一次松弛，都是对所有边进行松弛int from = side[0]; // 边的出发点int to = side[1]; // 边的到达点int price = side[2]; // 边的权值// 松弛操作 // minDist[from] != INT_MAX 防止从未计算过的节点出发if (minDist[from] != INT_MAX && minDist[to] > minDist[from] + price) { minDist[to] = minDist[from] + price;  }}}if (minDist[end] == INT_MAX) cout << "unconnected" << endl; // 不能到达终点else cout << minDist[end] << endl; // 到达终点最短路径}

SPFA算法

题目链接：
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SPFA的称呼来自 1994年西南交通大学段凡丁的论文，其实Bellman_ford 提出后不久 （20世纪50年代末期） 就有队列优化的版本，国际上不承认这个算法是是国内提出的。 所以国际上一般称呼 该算法为 Bellman_ford 队列优化算法（Queue improved Bellman-Ford）

Bellman_ford 算法 每次都是对所有边进行松弛，其实是多做了一些无用功。

只需要对 上一次松弛的时候更新过的节点作为出发节点所连接的边 进行松弛就够了。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <queue>
#include <list>
#include <climits>
using namespace std;struct Edge { //邻接表int to;  // 链接的节点int val; // 边的权重Edge(int t, int w): to(t), val(w) {}  // 构造函数
};int main() {int n, m, p1, p2, val;cin >> n >> m;vector<list<Edge>> grid(n + 1); // 邻接表// 将所有边保存起来for(int i = 0; i < m; i++){cin >> p1 >> p2 >> val;// p1 指向 p2，权值为 valgrid[p1].push_back(Edge(p2, val));}int start = 1;  // 起点int end = n;    // 终点vector<int> minDist(n + 1 , INT_MAX);minDist[start] = 0;queue<int> que;que.push(start); // 队列里放入起点while (!que.empty()) {int node = que.front(); que.pop();for (Edge edge : grid[node]) {int from = node;int to = edge.to;int value = edge.val;if (minDist[to] > minDist[from] + value) { // 开始松弛minDist[to] = minDist[from] + value;que.push(to);}}}if (minDist[end] == INT_MAX) cout << "unconnected" << endl; // 不能到达终点else cout << minDist[end] << endl; // 到达终点最短路径
}

Bellman_ford之判断负权回路

题目链接：
https://kamacoder.com/problempage.php?pid=1153

在没有负权回路的图中，松弛 n 次以上 ，结果不会有变化。

但本题有 负权回路，如果松弛 n 次，结果就会有变化了，因为 有负权回路 就是可以无限最短路径（一直绕圈，就可以一直得到无限小的最短距离）。

所以松弛n次，如果比n-1次要多，那么说明有负权回路，否则按照之前的解法来就行了

#include <iostream>
#include <vector>
#include <list>
#include <climits>
using namespace std;int main() {int n, m, p1, p2, val;cin >> n >> m;vector<vector<int>> grid;for(int i = 0; i < m; i++){cin >> p1 >> p2 >> val;// p1 指向 p2，权值为 valgrid.push_back({p1, p2, val});}int start = 1;  // 起点int end = n;    // 终点vector<int> minDist(n + 1 , INT_MAX);minDist[start] = 0;bool flag = false;for (int i = 1; i <= n; i++) { // 这里我们松弛n次，最后一次判断负权回路for (vector<int> &side : grid) {int from = side[0];int to = side[1];int price = side[2];if (i < n) {if (minDist[from] != INT_MAX && minDist[to] > minDist[from] + price) minDist[to] = minDist[from] + price;} else { // 多加一次松弛判断负权回路if (minDist[from] != INT_MAX && minDist[to] > minDist[from] + price) flag = true;}}}if (flag) cout << "circle" << endl;else if (minDist[end] == INT_MAX) {cout << "unconnected" << endl;} else {cout << minDist[end] << endl;}
}