Dijkstra最短路算法詳解
想必大家一定會Floyd了吧,Floyd只要暴力的三個for就可以出來,代碼好背,也好理解,但缺點就是時間復雜度高是O(n3)。
於是今天就給大家帶來一種時間復雜度是O(n2),的算法:Dijkstra(迪傑斯特拉)。
這個算法所求的是單源最短路,好比說你寫好了Dijkstra的函數,那麽只要輸入點a的編號,就可算出圖上每個點到這個點的距離。
我先上一組數據(這是無向圖):
6 2 5 3 8 3 1 4 3 5 7 5 2
圖大概是這個樣子:
我們以1為源點,來求所有點到一號點的最短路徑。
先建立一個dis數組,dis[i]表示第i號點到源點(1號點)的估計值,你可能會問為什麽是估計值,因為這個估計值會不斷更新,更新到一定次數就變成答案了,這個我們一會再說。
然後我們在建立一個臨界矩陣,叫做:map,map[i][j]=v表示從i到j這條邊的權值是v。
dis初始值除了源點本身都是無窮大。源點本身都是0.
先從1號點開始。一號點,map[1][2]=5,一號點離2號點是5,比無窮大要小,所以dis[2]從無窮大變成了5。順便,我們用minn記錄距離1號點最短的點,留著以後會用。
dis[0,5,∞,∞,∞]。minn=2。
然後搜到3號點,map[1][3]=8,距離是8,比原來的dis[3]的∞小,於是dis[3]=8。但是8比dis[2]的5要大,所以minn不更新。
dis[0,5,8,∞,∞]
接著分別搜索4,5號點,發現map[1][4],map[1][5]都是∞,所以就不更新。
現在,dis數組所呈現的明顯不是最終答案,因為我們才更新一遍,現在我們開始第二次更新,第二次更新以什麽為開始呢?就是以上一次我們存下來的,minn,相當於把2當源點,求所有點到它的最短路,加上它到真正的源點(1號點)的距離,就是我們要求的最短路。
從2號點開始,搜索3號點,map[2][3]=1,原本dis[3]=8,發現dis[2]+map[2][3]=5+1=6<dis[3](8)所以更新dis[3]為6,minn=3
dis[0,5,6,∞,∞] minn=3.
然後搜索4號點,map[2][4]=3,原本dis[4]=∞,所以,dis[2]+map[2][4]=5+3=8<dis[4](∞)所以更新dis[4]=8,因為map[2][4]=3,3>1,minn不更新。
dis[0,5,6,8,∞] minn=3.
接著搜索5號點,map[2][5]=2,5+2=7,7<∞,dis[5]=7minn不變。
dis[0,5,6,8,7]
二號點搜完,因為minn是3,繼續搜索3號點。
三號點還是按照二號點的方法搜索,發現沒有可以更新的,然後搜索四號。
四號搜5號點,發現8+7>5+2,所以依然不更新,然後跳出循環。
現在的估計值就全部為確定值了:
dis[0,5,6,8,7]
這就是每個點到源點一號點的距離,我們來看一下代碼:
#include <iostream> #include <algorithm> #include <cmath> #include <cstdio> #include <cstring> #include <cstdlib> using namespace std; int map[110][110];//這就是map數組,存儲圖 int dis[10010];//dis數組,存儲估計值 int book[10010];//book[i]代表這個點有沒有被當做源點去搜索過,1為有,0為沒有。這樣就不會重復搜索了。 int n,m; void dijkstra(int u)//主函數,參數是源點編號 { memset(dis,88,sizeof(dis));//把dis數組附最大值(88不是十進制的88,其實很大) int start=u;//先從源點搜索 book[start]=1;//標記源點已經搜索過 for(int i=1;i<=n;i++) { dis[i]=min(dis[i],map[start][i]);//先更新一遍 } for(int i=1;i<=n-1;i++) { int minn=9999999;//這就是剛才所說的minn for(int j=1;j<=n;j++) if(book[j]==0 && minn>dis[j]) { minn=dis[j]; start=j;//找到離源點最近的點,然後把編號記錄下來,用於搜索。 } book[start]=1; for(int j=1;j<=n;j++) dis[j]=min(dis[j],dis[start]+map[start][j]);//以新的點來更新dis。 } } int main() { cin>>n>>m; memset(map,88,sizeof(map)); for(int i=1;i<=m;i++) { int a,b,c; cin>>a>>b>>c; map[a][b]=c; } for(int i=1;i<=n;i++) for(int j=1;j<=n;j++) if(i==j) map[i][j]=0; dijkstra(1);//以1為源點。 for(int i=1;i<=n;i++) cout<<dis[i]<<" "; }
這就是用鄰接矩陣實現dijkstra,但是這個算法有一個壞處,就是出現負權邊,這個算法就炸了,要解決負權邊,我以後會給大家帶來Bell man ford
這個算法的復雜度是O(n2),空間復雜度也是n平方,如果用鄰接表來實現,時間復雜度是O(n*m)似乎比n2要大一些,但是空間復雜度會從n平方變成m,少了很多,現在我呈上鄰接表的代碼,如果不會鄰接表的同學可以選擇性忽略,自行百度,我可能會出一期鄰接表。
#include <iostream> #include <algorithm> #include <cmath> #include <cstdio> #include <cstring> #include <cstdlib> using namespace std; int value[10010],to[10010],next[10010]; int head[10010],total; int book[10010]; int dis[10010]; int n,m; void adl(int a,int b,int c) { total++; to[total]=b; value[total]=c; next[total]=head[a]; head[a]=total; } void dijkstra(int u) { memset(dis,88,sizeof(dis)); memset(book,0,sizeof(book)); dis[u]=0; for(int i=1;i<=n;i++) { int start=-1; for(int j=1;j<=n;j++) if(book[j]==0 && (dis[start]>dis[j] || start==-1)) start=j; book[start]=1; for(int e=head[start];e;e=next[e]) dis[to[e]]=min(dis[to[e]],dis[start]+value[e]); } } int main() { cin>>n>>m; for(int i=1;i<=m;i++) { int a,b,c; cin>>a>>b>>c; adl(a,b,c); } dijkstra(1); for(int i=1;i<=n;i++) cout<<dis[i]<<" "; }
Dijkstra最短路算法詳解