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1.1、定義概覽
Dijkstra(迪傑斯特拉)算法是典型的單源最短路徑算法，用於計算一個節點到其他所有節點的最短路徑。主要特點是以起始點為中心向外層層擴展，直到擴展到終點為止。Dijkstra算法是很有代表性的最短路徑算法，在很多專業課程中都作為基本內容有詳細的介紹，如數據結構，圖論，運籌學等等。註意該算法要求圖中不存在負權邊。

問題描述：在無向圖 G=(V,E) 中，假設每條邊 E[i] 的長度為 w[i]，找到由頂點 V0 到其余各點的最短路徑。（單源最短路徑）

1.2、算法描述
1)算法思想：設G=(V,E)是一個帶權有向圖，把圖中頂點集合V分成兩組，第一組為已求出最短路徑的頂點集合（用S表示，初始時S中只有一個源點，以後每求得一條最短路徑 , 就將加入到集合S中，直到全部頂點都加入到S中，算法就結束了），第二組為其余未確定最短路徑的頂點集合（用U表示），按最短路徑長度的遞增次序依次把第二組的頂點加入S中。在加入的過程中，總保持從源點v到S中各頂點的最短路徑長度不大於從源點v到U中任何頂點的最短路徑長度。此外，每個頂點對應一個距離，S中的頂點的距離就是從v到此頂點的最短路徑長度，U中的頂點的距離，是從v到此頂點只包括S中的頂點為中間頂點的當前最短路徑長度。

實現：

  1 public
 
 class GraphByMatrix {  
  2     public static final boolean UNDIRECTED_GRAPH = false;//無向圖標誌  
  3     public static final boolean DIRECTED_GRAPH = true;//有向圖標誌  
  4   
  5     public static final boolean ADJACENCY_MATRIX = true;//鄰接矩陣實現  
  6     public static final boolean ADJACENCY_LIST = false;//
 
鄰接表實現  
  7   
  8     public static final int MAX_VALUE = Integer.MAX_VALUE;  
  9     private boolean graphType;  
 10     private boolean method;  
 11     private int vertexSize;  
 12     private int matrixMaxVertex;  
 13   
 14     //存儲所有頂點信息的一維數組  
 15     private Object[] vertexesArray;  
 16     //存儲圖中頂點之間關聯關系的二維數組,及邊的關系  
 17     private int[][] edgesMatrix;  
 18   
 19     // 記錄第i個節點是否被訪問過  
 20     private boolean[] visited;  
 21   
 22     /** 
 23      * @param graphType 圖的類型：有向圖/無向圖 
 24      * @param method    圖的實現方式：鄰接矩陣/鄰接表 
 25      */  
 26     public GraphByMatrix(boolean graphType, boolean method, int size) {  
 27         this.graphType = graphType;  
 28         this.method = method;  
 29         this.vertexSize = 0;  
 30         this.matrixMaxVertex = size;  
 31   
 32         if (this.method) {  
 33             visited = new boolean[matrixMaxVertex];  
 34             vertexesArray = new Object[matrixMaxVertex];  
 35             edgesMatrix = new int[matrixMaxVertex][matrixMaxVertex];  
 36   
 37             //對數組進行初始化，頂點間沒有邊關聯的值為Integer類型的最大值  
 38             for (int row = 0; row < edgesMatrix.length; row++) {  
 39                 for (int column = 0; column < edgesMatrix.length; column++) {  
 40                     edgesMatrix[row][column] = MAX_VALUE;  
 41                 }  
 42             }  
 43   
 44         }  
 45     }  
 46   
 47     /********************最短路徑****************************/  
 48     //計算一個頂點到其它一個頂點的最短距離  
 49     public void Dijkstra(Object obj) throws Exception {  
 50         Dijkstra(getVertexIndex(obj));  
 51     }  
 52     public void Dijkstra(int v0) {  
 53         int[] dist = new int[matrixMaxVertex];  
 54         int[] prev = new int[matrixMaxVertex];  
 55   
 56         //初始化visited、dist和path  
 57         for (int i = 0; i < vertexSize; i++) {  
 58             //一開始假定取直達路徑最短  
 59             dist[i] = edgesMatrix[v0][i];  
 60             visited[i] = false;  
 61   
 62             //直達情況下的最後經由點就是出發點  
 63             if (i != v0 && dist[i] < MAX_VALUE)  
 64                 prev[i] = v0;  
 65             else  
 66                 prev[i] = -1; //無直達路徑  
 67         }  
 68   
 69         //初始時源點v0∈visited集，表示v0 到v0的最短路徑已經找到  
 70         visited[v0] = true;  
 71   
 72         // 下來假設經由一個點中轉到達其余各點,會近些,驗證之  
 73         // 再假設經由兩個點中轉,會更近些,驗證之,.....  
 74         // 直到窮舉完所有可能的中轉點  
 75         int minDist;  
 76         int v = 0;  
 77         for (int i = 1; i < vertexSize; i++) {  
 78             //挑一個距離最近經由點,下標裝入 v  
 79             minDist = MAX_VALUE;  
 80   
 81             for (int j = 0; j < vertexSize; j++) {  
 82                 if ((!visited[j]) && dist[j] < minDist) {  
 83                     v = j;                             // 經由頂點j中轉則距離更短  
 84                     minDist = dist[j];  
 85                 }  
 86             }  
 87             visited[v] = true;  
 88   
 89             /*頂點v並入S，由v0到達v頂點的最短路徑為min. 
 90               假定由v0到v，再由v直達其余各點，更新當前最後一個經由點及距離*/  
 91             for (int j = 0; j < vertexSize; j++) {  
 92                 if ((!visited[j]) && edgesMatrix[v][j] < MAX_VALUE) {  
 93   
 94                     if (minDist + edgesMatrix[v][j] <= dist[j]) {  
 95                         //如果多經由一個v點到達j點的 最短路徑反而要短,就更新  
 96                         dist[j] = minDist + edgesMatrix[v][j];  
 97   
 98                         prev[j] = v;                    //經由點的序號  
 99                     }  
100   
101                 }  
102             }  
103   
104         }  
105   
106         for (int i = 1; i < matrixMaxVertex; i++) {  
107             System.out.println("**" + vertexesArray[v0] + "-->" +vertexesArray[i] + " 的最短路徑是：" + dist[i]);  
108         }  
109     }  
110   
111     //獲取頂點值在數組裏對應的索引  
112     private int getVertexIndex(Object obj) throws Exception {  
113         int index = -1;  
114         for (int i = 0; i < vertexSize; i++) {  
115             if (vertexesArray[i].equals(obj)) {  
116                 index = i;  
117                 break;  
118             }  
119         }  
120         if (index == -1) {  
121             throw new Exception("沒有這個值！");  
122         }  
123   
124         return index;  
125     }  
126   
127     /** 
128      * 單源最短路徑算法，用於計算一個節點到其他!!所有節點!!的最短路徑 
129      */  
130     public void Dijkstra2(int v0) {  
131         // LinkedList實現了Queue接口 FIFO  
132         Queue<Integer> queue = new LinkedList<Integer>();  
133         for (int i = 0; i < vertexSize; i++) {  
134             visited[i] = false;  
135         }  
136   
137         //這個循環是為了確保每個頂點都被遍歷到  
138         for (int i = 0; i < vertexSize; i++) {  
139             if (!visited[i]) {  
140                 queue.add(i);  
141                 visited[i] = true;  
142   
143                 while (!queue.isEmpty()) {  
144                     int row = queue.remove();  
145                     System.out.print(vertexesArray[row] + "-->");  
146   
147                     for (int k = getMin(row); k >= 0; k = getMin(row)) {  
148                         if (!visited[k]) {  
149                             queue.add(k);  
150                             visited[k] = true;  
151                         }  
152                     }  
153   
154                 }  
155             }  
156         }  
157     }  
158   
159     private int getMin( int row) {  
160         int minDist = MAX_VALUE;  
161         int index = 0;  
162         for (int j = 0; j < vertexSize; j++) {  
163             if ((!visited[j]) && edgesMatrix[row][j] < minDist) {  
164                 minDist = edgesMatrix[row][j];  
165                 index = j;  
166             }  
167         }  
168         if (index == 0) {  
169             return -1;  
170         }  
171         return index;  
172     }  
173   
174     public boolean addVertex(Object val) {  
175         assert (val != null);  
176         vertexesArray[vertexSize] = val;  
177         vertexSize++;  
178         return true;  
179     }  
180   
181     public boolean addEdge(int vnum1, int vnum2, int weight) {  
182         assert (vnum1 >= 0 && vnum2 >= 0 && vnum1 != vnum2 && weight >= 0);  
183   
184         //有向圖  
185         if (graphType) {  
186             edgesMatrix[vnum1][vnum2] = weight;  
187   
188         } else {  
189             edgesMatrix[vnum1][vnum2] = weight;  
190             edgesMatrix[vnum2][vnum1] = weight;  
191         }  
192   
193         return true;  
194     }  
195   
196 }  

測試：

 1 @Test  
 2 public void testWeight() throws Exception {  
 3     GraphByMatrix graph = new GraphByMatrix(Graph.UNDIRECTED_GRAPH, Graph.ADJACENCY_MATRIX, 6);  
 4   
 5     graph.addVertex("1");  
 6     graph.addVertex("2");  
 7     graph.addVertex("3");  
 8     graph.addVertex("4");  
 9     graph.addVertex("5");  
10     graph.addVertex("6");  
11   
12     graph.addEdge(0, 1,7);  
13     graph.addEdge(0, 2,9);  
14     graph.addEdge(0, 5,14);  
15   
16     graph.addEdge(1, 3,15);  
17     graph.addEdge(1, 2,10);  
18   
19     graph.addEdge(2, 3,11);  
20     graph.addEdge(2, 5,2);  
21   
22     graph.addEdge(3, 4,6);  
23     graph.addEdge(4, 5,9);  
24   
25     graph.Dijkstra(0);  
26     System.out.println();  
27     graph.Dijkstra("1");  
28     System.out.println();  
29     graph.Dijkstra2(0);  
30     System.out.println();  
31 }  

Java數據結構 最短路徑解法Dijkstra算法