欧美bbbwbbbw肥妇,免费乱码人妻系列日韩,一级黄片

詳解Dijkstra算法之最短路徑問題

 更新時(shí)間:2021年06月11日 15:58:38   作者:Ouyang_Lianjun  
Dijkstra(迪杰斯特拉)算法是典型的單源最短路徑算法,用于計(jì)算一個(gè)節(jié)點(diǎn)到其他所有節(jié)點(diǎn)的最短路徑。主要特點(diǎn)是以起始點(diǎn)為中心向外層層擴(kuò)展,直到擴(kuò)展到終點(diǎn)為止。本文將介紹其原理,并用C++實(shí)現(xiàn)

一、最短路徑問題介紹

問題解釋:

從圖中的某個(gè)頂點(diǎn)出發(fā)到達(dá)另外一個(gè)頂點(diǎn)的所經(jīng)過的邊的權(quán)重和最小的一條路徑,稱為最短路徑

解決問題的算法:

  • 迪杰斯特拉算法(Dijkstra算法)
  • 弗洛伊德算法(Floyd算法)
  • SPFA算法

這篇博客,我們就對Dijkstra算法來做一個(gè)詳細(xì)的介紹

二、Dijkstra算法介紹

2.1、算法特點(diǎn)

迪科斯徹算法使用了廣度優(yōu)先搜索解決賦權(quán)有向圖或者無向圖的單源最短路徑問題,算法最終得到一個(gè)最短路徑樹。該算法常用于路由算法或者作為其他圖算法的一個(gè)子模塊。

2.2、算法的思路

Dijkstra算法采用的是一種貪心的策略,聲明一個(gè)數(shù)組dis來保存源點(diǎn)到各個(gè)頂點(diǎn)的最短距離和一個(gè)保存已經(jīng)找到了最短路徑的頂點(diǎn)的集合:T,初始時(shí),原點(diǎn) s 的路徑權(quán)重被賦為 0 (dis[s] = 0)。若對于頂點(diǎn) s 存在能直接到達(dá)的邊(s,m),則把dis[m]設(shè)為w(s, m),同時(shí)把所有其他(s不能直接到達(dá)的)頂點(diǎn)的路徑長度設(shè)為無窮大。初始時(shí),集合T只有頂點(diǎn)s。
然后,從dis數(shù)組選擇最小值,則該值就是源點(diǎn)s到該值對應(yīng)的頂點(diǎn)的最短路徑,并且把該點(diǎn)加入到T中,OK,此時(shí)完成一個(gè)頂點(diǎn),然后,我們需要看看新加入的頂點(diǎn)是否可以到達(dá)其他頂點(diǎn)并且看看通過該頂點(diǎn)到達(dá)其他點(diǎn)的路徑長度是否比源點(diǎn)直接到達(dá)短,如果是,那么就替換這些頂點(diǎn)在dis中的值。 然后,又從dis中找出最小值,重復(fù)上述動(dòng)作,直到T中包含了圖的所有頂點(diǎn)。

三、Dijkstra算法示例演示

下面我求下圖,從頂點(diǎn)v1到其他各個(gè)頂點(diǎn)的最短路徑

這里寫圖片描述

首先第一步,我們先聲明一個(gè)dis數(shù)組,該數(shù)組初始化的值為:

這里寫圖片描述

我們的頂點(diǎn)集T的初始化為:T={v1}

既然是求 v1頂點(diǎn)到其余各個(gè)頂點(diǎn)的最短路程,那就先找一個(gè)離 1 號頂點(diǎn)最近的頂點(diǎn)。通過數(shù)組 dis 可知當(dāng)前離v1頂點(diǎn)最近是 v3頂點(diǎn)。當(dāng)選擇了 2 號頂點(diǎn)后,dis[2](下標(biāo)從0開始)的值就已經(jīng)從“估計(jì)值”變?yōu)榱恕按_定值”,即 v1頂點(diǎn)到 v3頂點(diǎn)的最短路程就是當(dāng)前 dis[2]值。將V3加入到T中。

為什么呢?因?yàn)槟壳半x v1頂點(diǎn)最近的是 v3頂點(diǎn),并且這個(gè)圖所有的邊都是正數(shù),那么肯定不可能通過第三個(gè)頂點(diǎn)中轉(zhuǎn),使得 v1頂點(diǎn)到 v3頂點(diǎn)的路程進(jìn)一步縮短了。因?yàn)?v1頂點(diǎn)到其它頂點(diǎn)的路程肯定沒有 v1到 v3頂點(diǎn)短.

OK,既然確定了一個(gè)頂點(diǎn)的最短路徑,下面我們就要根據(jù)這個(gè)新入的頂點(diǎn)V3會有出度,發(fā)現(xiàn)以v3 為弧尾的有: < v3,v4 >,那么我們看看路徑:v1–v3–v4的長度是否比v1–v4短,其實(shí)這個(gè)已經(jīng)是很明顯的了,因?yàn)閐is[3]代表的就是v1–v4的長度為無窮大,而v1–v3–v4的長度為:10+50=60,所以更新dis[3]的值,得到如下結(jié)果:

這里寫圖片描述

因此 dis[3]要更新為 60。這個(gè)過程有個(gè)專業(yè)術(shù)語叫做“松弛”。即 v1頂點(diǎn)到 v4頂點(diǎn)的路程即 dis[3],通過 < v3,v4> 這條邊松弛成功。這便是 Dijkstra 算法的主要思想:通過“邊”來松弛v1頂點(diǎn)到其余各個(gè)頂點(diǎn)的路程。

然后,我們又從除dis[2]和dis[0]外的其他值中尋找最小值,發(fā)現(xiàn)dis[4]的值最小,通過之前是解釋的原理,可以知道v1到v5的最短距離就是dis[4]的值,然后,我們把v5加入到集合T中,然后,考慮v5的出度是否會影響我們的數(shù)組dis的值,v5有兩條出度:< v5,v4>和 < v5,v6>,然后我們發(fā)現(xiàn):v1–v5–v4的長度為:50,而dis[3]的值為60,所以我們要更新dis[3]的值.另外,v1-v5-v6的長度為:90,而dis[5]為100,所以我們需要更新dis[5]的值。更新后的dis數(shù)組如下圖:

這里寫圖片描述

然后,繼續(xù)從dis中選擇未確定的頂點(diǎn)的值中選擇一個(gè)最小的值,發(fā)現(xiàn)dis[3]的值是最小的,所以把v4加入到集合T中,此時(shí)集合T={v1,v3,v5,v4},然后,考慮v4的出度是否會影響我們的數(shù)組dis的值,v4有一條出度:< v4,v6>,然后我們發(fā)現(xiàn):v1–v5–v4–v6的長度為:60,而dis[5]的值為90,所以我們要更新dis[5]的值,更新后的dis數(shù)組如下圖:

這里寫圖片描述

然后,我們使用同樣原理,分別確定了v6和v2的最短路徑,最后dis的數(shù)組的值如下:
這里寫圖片描述

因此,從圖中,我們可以發(fā)現(xiàn)v1-v2的值為:∞,代表沒有路徑從v1到達(dá)v2。所以我們得到的最后的結(jié)果為:

起點(diǎn)  終點(diǎn)    最短路徑    長度

v1    v2     無          ∞    

      v3     {v1,v3}    10

      v4     {v1,v5,v4}  50

      v5     {v1,v5}    30

      v6     {v1,v5,v4,v6} 60

四、Dijkstra算法的代碼實(shí)現(xiàn)(c++)

Dijkstra.h文件的代碼

//@盡量寫出完美的程序

#pragma once
//#pragma once是一個(gè)比較常用的C/C++雜注,
//只要在頭文件的最開始加入這條雜注,
//就能夠保證頭文件只被編譯一次。

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;

/*
本程序是使用Dijkstra算法實(shí)現(xiàn)求解最短路徑的問題
采用的鄰接矩陣來存儲圖
*/
//記錄起點(diǎn)到每個(gè)頂點(diǎn)的最短路徑的信息
struct Dis {
    string path;
    int value;
    bool visit;
    Dis() {
        visit = false;
        value = 0;
        path = "";
    }
};

class Graph_DG {
private:
    int vexnum;   //圖的頂點(diǎn)個(gè)數(shù)
    int edge;     //圖的邊數(shù)
    int **arc;   //鄰接矩陣
    Dis * dis;   //記錄各個(gè)頂點(diǎn)最短路徑的信息
public:
    //構(gòu)造函數(shù)
    Graph_DG(int vexnum, int edge);
    //析構(gòu)函數(shù)
    ~Graph_DG();
    // 判斷我們每次輸入的的邊的信息是否合法
    //頂點(diǎn)從1開始編號
    bool check_edge_value(int start, int end, int weight);
    //創(chuàng)建圖
    void createGraph();
    //打印鄰接矩陣
    void print();
    //求最短路徑
    void Dijkstra(int begin);
    //打印最短路徑
    void print_path(int);
};

Dijkstra.cpp文件的代碼

#include"Dijkstra.h"

//構(gòu)造函數(shù)
Graph_DG::Graph_DG(int vexnum, int edge) {
    //初始化頂點(diǎn)數(shù)和邊數(shù)
    this->vexnum = vexnum;
    this->edge = edge;
    //為鄰接矩陣開辟空間和賦初值
    arc = new int*[this->vexnum];
    dis = new Dis[this->vexnum];
    for (int i = 0; i < this->vexnum; i++) {
        arc[i] = new int[this->vexnum];
        for (int k = 0; k < this->vexnum; k++) {
            //鄰接矩陣初始化為無窮大
                arc[i][k] = INT_MAX;
        }
    }
}
//析構(gòu)函數(shù)
Graph_DG::~Graph_DG() {
    delete[] dis;
    for (int i = 0; i < this->vexnum; i++) {
        delete this->arc[i];
    }
    delete arc;
}

// 判斷我們每次輸入的的邊的信息是否合法
//頂點(diǎn)從1開始編號
bool Graph_DG::check_edge_value(int start, int end, int weight) {
    if (start<1 || end<1 || start>vexnum || end>vexnum || weight < 0) {
        return false;
    }
    return true;
}

void Graph_DG::createGraph() {
    cout << "請輸入每條邊的起點(diǎn)和終點(diǎn)(頂點(diǎn)編號從1開始)以及其權(quán)重" << endl;
    int start;
    int end;
    int weight;
    int count = 0;
    while (count != this->edge) {
        cin >> start >> end >> weight;
        //首先判斷邊的信息是否合法
        while (!this->check_edge_value(start, end, weight)) {
            cout << "輸入的邊的信息不合法,請重新輸入" << endl;
            cin >> start >> end >> weight;
        }
        //對鄰接矩陣對應(yīng)上的點(diǎn)賦值
        arc[start - 1][end - 1] = weight;
        //無向圖添加上這行代碼
        //arc[end - 1][start - 1] = weight;
        ++count;
    }
}

void Graph_DG::print() {
    cout << "圖的鄰接矩陣為:" << endl;
    int count_row = 0; //打印行的標(biāo)簽
    int count_col = 0; //打印列的標(biāo)簽
    //開始打印
    while (count_row != this->vexnum) {
        count_col = 0;
        while (count_col != this->vexnum) {
            if (arc[count_row][count_col] == INT_MAX)
                cout << "∞" << " ";
            else
            cout << arc[count_row][count_col] << " ";
            ++count_col;
        }
        cout << endl;
        ++count_row;
    }
}
void Graph_DG::Dijkstra(int begin){
    //首先初始化我們的dis數(shù)組
    int i;
    for (i = 0; i < this->vexnum; i++) {
        //設(shè)置當(dāng)前的路徑
        dis[i].path = "v" + to_string(begin) + "-->v" + to_string(i + 1);
        dis[i].value = arc[begin - 1][i];
    }
    //設(shè)置起點(diǎn)的到起點(diǎn)的路徑為0
    dis[begin - 1].value = 0;
    dis[begin - 1].visit = true;

    int count = 1;
    //計(jì)算剩余的頂點(diǎn)的最短路徑(剩余this->vexnum-1個(gè)頂點(diǎn))
    while (count != this->vexnum) {
        //temp用于保存當(dāng)前dis數(shù)組中最小的那個(gè)下標(biāo)
        //min記錄的當(dāng)前的最小值
        int temp=0;
        int min = INT_MAX;
        for (i = 0; i < this->vexnum; i++) {
            if (!dis[i].visit && dis[i].value<min) {
                min = dis[i].value;
                temp = i;
            }
        }
        //cout << temp + 1 << "  "<<min << endl;
        //把temp對應(yīng)的頂點(diǎn)加入到已經(jīng)找到的最短路徑的集合中
        dis[temp].visit = true;
        ++count;
        for (i = 0; i < this->vexnum; i++) {
            //注意這里的條件arc[temp][i]!=INT_MAX必須加,不然會出現(xiàn)溢出,從而造成程序異常
            if (!dis[i].visit && arc[temp][i]!=INT_MAX && (dis[temp].value + arc[temp][i]) < dis[i].value) {
                //如果新得到的邊可以影響其他為訪問的頂點(diǎn),那就就更新它的最短路徑和長度
                dis[i].value = dis[temp].value + arc[temp][i];
                dis[i].path = dis[temp].path + "-->v" + to_string(i + 1);
            }
        }
    }

}
void Graph_DG::print_path(int begin) {
    string str;
    str = "v" + to_string(begin);
    cout << "以"<<str<<"為起點(diǎn)的圖的最短路徑為:" << endl;
    for (int i = 0; i != this->vexnum; i++) {
        if(dis[i].value!=INT_MAX)
        cout << dis[i].path << "=" << dis[i].value << endl;
        else {
            cout << dis[i].path << "是無最短路徑的" << endl;
        }
    }
}

main.cpp文件的代碼

#include"Dijkstra.h"

//檢驗(yàn)輸入邊數(shù)和頂點(diǎn)數(shù)的值是否有效,可以自己推算為啥:
//頂點(diǎn)數(shù)和邊數(shù)的關(guān)系是:((Vexnum*(Vexnum - 1)) / 2) < edge
bool check(int Vexnum, int edge) {
    if (Vexnum <= 0 || edge <= 0 || ((Vexnum*(Vexnum - 1)) / 2) < edge)
        return false;
    return true;
}
int main() {
    int vexnum; int edge;

    cout << "輸入圖的頂點(diǎn)個(gè)數(shù)和邊的條數(shù):" << endl;
    cin >> vexnum >> edge;
    while (!check(vexnum, edge)) {
        cout << "輸入的數(shù)值不合法,請重新輸入" << endl;
        cin >> vexnum >> edge;
    }
    Graph_DG graph(vexnum, edge);
    graph.createGraph();
    graph.print();
    graph.Dijkstra(1);
    graph.print_path(1);
    system("pause");
    return 0;
}

輸入:

6 8

1 3 10

1 5 30

1 6 100

2 3 5

3 4 50

4 6 10

5 6 60

5 4 20

輸出:

這里寫圖片描述

從輸出可以看出,程序的結(jié)果和我們之前手動(dòng)計(jì)算的結(jié)果是一樣的。

以上就是詳解Dijkstra算法之最短路徑問題的詳細(xì)內(nèi)容,更多關(guān)于c++實(shí)現(xiàn)Dijkstra算法 最短路徑 的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章!

相關(guān)文章

  • C++變量,常量,數(shù)組和字符串詳解

    C++變量,常量,數(shù)組和字符串詳解

    這篇文章主要介紹了C++變量,常量,數(shù)組和字符串,是C++入門學(xué)習(xí)中的基礎(chǔ)知識,需要的朋友可以參考下,希望能夠給你帶來幫助
    2021-10-10
  • C++實(shí)例分析組合數(shù)的計(jì)算與排列組合的產(chǎn)生

    C++實(shí)例分析組合數(shù)的計(jì)算與排列組合的產(chǎn)生

    這篇文章主要介紹了C++組合數(shù)的計(jì)算與排列和組合無重集元素的產(chǎn)生,對計(jì)算算法感興趣的同學(xué),可以參考一下,理解其原理,并且試驗(yàn)一下。
    2022-07-07
  • Qt自制一個(gè)小鬧鐘的實(shí)現(xiàn)示例

    Qt自制一個(gè)小鬧鐘的實(shí)現(xiàn)示例

    本文主要介紹了Qt自制一個(gè)小鬧鐘的實(shí)現(xiàn)示例,文中通過示例代碼介紹的非常詳細(xì),對大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值,需要的朋友們下面隨著小編來一起學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)吧
    2023-09-09
  • 淺析C++?atomic?和?memory?ordering

    淺析C++?atomic?和?memory?ordering

    這篇文章主要介紹了C++?atomic?和?memory?ordering的相關(guān)知識,本文給大家介紹的非常詳細(xì),對大家的學(xué)習(xí)或工作具有一定的參考借鑒價(jià)值,需要的朋友可以參考下
    2022-04-04
  • C語言關(guān)于時(shí)間復(fù)雜度詳解

    C語言關(guān)于時(shí)間復(fù)雜度詳解

    大家好,本篇文章主要講的是C語言關(guān)于時(shí)間復(fù)雜度詳解,感興趣的同學(xué)趕快來看一看吧,對你有幫助的話記得收藏一下,方便下次瀏覽
    2022-01-01
  • C++深淺拷貝及簡易string類實(shí)現(xiàn)方式

    C++深淺拷貝及簡易string類實(shí)現(xiàn)方式

    這篇文章主要介紹了C++深淺拷貝及簡易string類實(shí)現(xiàn)方式,具有很好的參考價(jià)值,希望對大家有所幫助。如有錯(cuò)誤或未考慮完全的地方,望不吝賜教
    2023-02-02
  • C++中虛函數(shù)與純虛函數(shù)的用法

    C++中虛函數(shù)與純虛函數(shù)的用法

    這篇文章主要介紹了C++中虛函數(shù)與純虛函數(shù)的用法,是非常重要的概念,需要的朋友可以參考下
    2014-08-08
  • 在matlab中實(shí)現(xiàn)for循環(huán)的方法

    在matlab中實(shí)現(xiàn)for循環(huán)的方法

    for循環(huán)用來循環(huán)處理數(shù)據(jù),break用于終止離它最近的一層for循環(huán),continue用于跳過離它最近的一層for循環(huán),接著執(zhí)行下一次循環(huán),本文重點(diǎn)給大家介紹在matlab中實(shí)現(xiàn)for循環(huán)的方法,感興趣的朋友一起看看吧
    2021-11-11
  • C語言實(shí)現(xiàn)貪吃蛇代碼

    C語言實(shí)現(xiàn)貪吃蛇代碼

    這篇文章主要為大家詳細(xì)介紹了C語言實(shí)現(xiàn)貪吃蛇代碼,文中示例代碼介紹的非常詳細(xì),具有一定的參考價(jià)值,感興趣的小伙伴們可以參考一下
    2020-11-11
  • C語言實(shí)現(xiàn)放煙花的程序

    C語言實(shí)現(xiàn)放煙花的程序

    這篇文章主要為大家詳細(xì)介紹了C語言實(shí)現(xiàn)放煙花的程序,有音樂播放,文中示例代碼介紹的非常詳細(xì),具有一定的參考價(jià)值,感興趣的小伙伴們可以參考一下
    2021-02-02

最新評論