• 最短路之Floyd算法


    1.介绍

      floyd算法只有五行代码,代码简单,三个for循环就可以解决问题,所以它的时间复杂度为O(n^3),可以求多源最短路问题。

    2.思想:

      Floyd算法的基本思想如下:从任意节点A到任意节点B的最短路径不外乎2种可能,1是直接从A到B,2是从A经过若干个节点X到B。所以,我们假设Dis(AB)为节点A到节点B的最短路径的距离,对于每一个节点X,我们检查Dis(AX) + Dis(XB) < Dis(AB)是否成立,如果成立,证明从A到X再到B的路径比A直接到B的路径短,我们便设置Dis(AB) = Dis(AX) + Dis(XB),这样一来,当我们遍历完所有节点X,Dis(AB)中记录的便是A到B的最短路径的距离。

    举个例子:已知下图,

    081029zdxxq919ttqt8tu8.png

      如现在只允许经过1号顶点,求任意两点之间的最短路程,只需判断e[i][1]+e[1][j]是否比e[i][j]要小即可。e[i][j]表示的是从i号顶点到j号顶点之间的路程。e[i][1]+e[1][j]表示的是从i号顶点先到1号顶点,再从1号顶点到j号顶点的路程之和。其中i是1~n循环,j也是1~n循环,代码实现如下。

    for(i=1; i<=n; i++)
    {
        for(j=1; j<=n; j++)
        {
            if ( e[i][j] > e[i][1]+e[1][j] )
                e[i][j] = e[i][1]+e[1][j];
        }
    }

      接下来继续求在只允许经过1和2号两个顶点的情况下任意两点之间的最短路程。在只允许经过1号顶点时任意两点的最短路程的结果下,再判断如果经过2号顶点是否可以使得i号顶点到j号顶点之间的路程变得更短。即判断e[i][2]+e[2][j]是否比e[i][j]要小,代码实现为如下。

    //经过1号顶点
    for(i=1; i<=n; i++)
        for(j=1; j<=n; j++)
            if (e[i][j] > e[i][1]+e[1][j]) 
                e[i][j]=e[i][1]+e[1][j];
    //经过2号顶点
    for(i=1; i<=n; i++)
        for(j=1; j<=n; j++)
            if (e[i][j] > e[i][2]+e[2][j])  
                e[i][j]=e[i][2]+e[2][j];

      最后允许通过所有顶点作为中转,代码如下:

    for(k=1; k<=n; k++)
        for(i=1; i<=n; i++)
            for(j=1; j<=n; j++)
                if(e[i][j]>e[i][k]+e[k][j])
                    e[i][j]=e[i][k]+e[k][j];

    这段代码的基本思想就是:最开始只允许经过1号顶点进行中转,接下来只允许经过1和2号顶点进行中转……允许经过1~n号所有顶点进行中转,求任意两点之间的最短路程。与上面相同

    3.代码模板:

    #include <stdio.h>
    #define inf 0x3f3f3f3f
    int map[1000][1000];
    int main()
    {
        int k,i,j,n,m;
        //读入n和m,n表示顶点个数,m表示边的条数
        scanf("%d %d",&n,&m);
    
        //初始化
        for(i=1; i<=n; i++)
            for(j=1; j<=n; j++)
                if(i==j)
                    map[i][j]=0;
                else
                    map[i][j]=inf;
        int a,b,c;
        //读入边
        for(i=1; i<=m; i++)
        {
            scanf("%d %d %d",&a,&b,&c);
            map[a][b]=c;//这是一个有向图
        }
    
        //Floyd-Warshall算法核心语句
        for(k=1; k<=n; k++)
            for(i=1; i<=n; i++)
                for(j=1; j<=n; j++)
                    if(map[i][j]>map[i][k]+map[k][j] )
                        map[i][j]=map[i][k]+map[k][j];
    
        //输出最终的结果,最终二维数组中存的即使两点之间的最短距离
        for(i=1; i<=n; i++)
        {
            for(j=1; j<=n; j++)
            {
                printf("%10d",map[i][j]);
            }
            printf("
    ");
        }
        return 0;
    }
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