1 /*  2  *    Copyright (c) 2013 eryar All Rights Reserved.
  3  *
  4  *        File    : Main.cpp
  5  *        Author  : [email protected]
  6  *        Date    : 2013-1-1 16:50
  7  *        Version : 0.1v
  8  *
  9  *    Description : Use adjacency matrix of a graph.
 10  *                Use Dijkstra method to find the shortest path.
 11  *
 12 */
 13 
 14 #include <CFLOAT>
 15 #include <IOSTREAM>
 16 using namespace std;
 17 
 18 const int VERTEX_NUM = 20;
 19 const double INFINITY = DBL_MAX;
 20 
 21 // Arc of the graph. 22 typedef struct SArc
 23 {
 24     double  dWeight;
 25 }AdjMatrix[VERTEX_NUM][VERTEX_NUM];
 26 
 27 // The graph: include vertex size and
 28 // arc size also the adjacency matrix. 29 typedef struct SGraph
 30 {
 31     int         mVertexSize;
 32     int         mArcSize;
 33     int         mVertex[VERTEX_NUM];
 34     AdjMatrix   mAdjMatrix;
 35 }Graph;
 36 
 37 // Function declarations. 38 void    CreateGraph(Graph& graph, bool isDigraph = false);
 39 int     LocateVertex(const Graph& graph, int vertex);
 40 void    ShowGraph(const Graph& graph);
 41 void    Dijkstra(const Graph& graph, int src);
 42 
 43 // Main function. 44 int main(int argc, char* argv[])
 45 {
 46     Graph   graph;
 47     int iSrc = 0;
 48 
 49     CreateGraph(graph, true);
 50 
 51     ShowGraph(graph);
 52 
 53     cout<<"Input the source node of the shortest path:";
 54     cin>>iSrc;
 55 
 56     Dijkstra(graph, iSrc);
 57 
 58     return 0;
 59 }
 60 
 61 /**
 62 * brief  Create the graph.
 63 * param  [in/out] graph: the graph.
 64 *        [in] isDigraph: Create a digraph when this flag set true.
 65 * return none.
 66 */
 67 void CreateGraph( Graph& graph, bool isDigraph /*= false*/ )
 68 {
 69     cout<<"Create the graph"<<endl;
 70     cout<<"Input vertex size:"; 
 71     cin>>graph.mVertexSize;
 72 
 73     cout<<"Input arc size:";
 74     cin>>graph.mArcSize;
 75 
 76     // Input vertex 77     for (int iVertex = 0; iVertex < graph.mVertexSize; iVertex++)
 78     {
 79         cout<<"Input "<<iVertex+1<<" vertex value:";
 80         cin>>graph.mVertex[iVertex];
 81     }
 82 
 83     // Initialize adjacency matrix. 84     for (int i = 0; i < graph.mVertexSize; i++)
 85     {
 86         for (int j = 0; j < graph.mVertexSize; j++)
 87         {
 88             graph.mAdjMatrix[i][j].dWeight   = INFINITY;
 89         }
 90     }
 91 
 92     // Build adjacency matrix. 93     int     iInitial  = 0;
 94     int     iTerminal = 0;
 95     int     xPos    = 0;
 96     int     yPos    = 0;
 97     double  dWeight = 0;
 98 
 99     for (int k = 0; k < graph.mArcSize; k++)
100     {
101         cout<<"Input "<<k+1<<" arc initial node:";
102         cin>>iInitial;
103 
104         cout<<"Input "<<k+1<<" arc terminal node:";
105         cin>>iTerminal;
106 
107         cout<<"Input the weight:";
108         cin>>dWeight;
109 
110         xPos  = LocateVertex(graph, iInitial);
111         yPos  = LocateVertex(graph, iTerminal);
112 
113         graph.mAdjMatrix[xPos][yPos].dWeight = dWeight;
114 
115         if (!isDigraph)
116         {
117             graph.mAdjMatrix[yPos][xPos].dWeight = dWeight;
118         }
119     }
120 }
121 
122 /**
123 * brief  Show the weight of the graph arc.
124 * param  [in] graph
125 * return none.
126 */
127 void    ShowGraph(const Graph& graph)
128 {
129     cout<<"Show the graph represented by adjacency matrix:"<<endl;
130 
131     // Output adjacency matrix.132     for (int m = 0; m < graph.mVertexSize; m++)
133     {
134         for (int n = 0; n < graph.mVertexSize; n++)
135         {
136             cout<<graph.mAdjMatrix[m][n].dWeight<<"\t";
137         }
138 
139         cout<<endl;
140     }
141 }
142 
143 /**
144 * brief  Locate vertex position in the adjacency matrix.
145 * param  [in] graph:
146 *        [in] vertex: 
147 * return The position of the vertex. If not found return -1.
148 */
149 int LocateVertex( const Graph& graph, int vertex )
150 {
151     for (int i = 0; i < graph.mVertexSize; i++)
152     {
153         if (graph.mVertex[i] == vertex)
154         {
155             return i;
156         }
157     }
158 
159     return -1;
160 }
161 
162 /**
163 * brief  Dijkstra algorithm to find the shortest path.
164 * param  [in] graph.
165 *        [in] source node.
166 * return none.
167 */
168 void Dijkstra(const Graph& graph, int src )
169 {
170     int iMin = 0;
171     double dMin = 0;
172     double dTempMin = 0;
173 
174     // The distance between source node to the vi node.175     double dDist[VERTEX_NUM] = {0};
176 
177     // The set of all the shortest path node.178     bool bFinalSet[VERTEX_NUM] = {false};
179 
180     // Initialize status: if there is an arc between
181 // source node and vi node, set the distance to 
182 // its weight value.183     for (int i = 0; i < graph.mVertexSize; i++)
184     {
185         bFinalSet[i] = false;
186 
187         dDist[i] = graph.mAdjMatrix[src][i].dWeight;
188     }
189 
190     // Mark the visit flag.191     dDist[src] = 0;
192     bFinalSet[src] = true;
193 
194     // Dijstra algorithm: other N-1 vertex.195     for (int j = 1; j < graph.mVertexSize; j++)
196     {
197         // Find a vertex that its distance is the shortest
198 // to the source node.199         dMin = INFINITY;
200 
201         for (int k = 0; k < graph.mVertexSize; k++)
202         {
203             if ((!bFinalSet[k]) && (dDist[k] <= dMin))
204             {  
205                 iMin = k;
206                 dMin = dDist[k];
207             }
208         }
209 
210         // Add the nearest vertex to the final set.211         bFinalSet[iMin] = true;
212 
213         // Output the shortest path vertex and its distance.214         cout<<"The shortest path between "<<src<<" and "<<iMin<<" is: "<<dMin<<endl;
215 
216         // Update the shortest path.217         for (int l = 0; l < graph.mVertexSize; l++)
218         {
219             dTempMin = dMin + graph.mAdjMatrix[iMin][l].dWeight;
220 
221             if ((!bFinalSet[l]) && (dTempMin < dDist[l]))
222             {
223                 dDist[l] = dTempMin;
224             }
225         }
226     }
227 }
228