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SPFA(Shortest Path Faster Algorithm) [图的存储方式为邻接表]
是Bellman-Ford算法的一种队列实现,减少了不必要的冗余计算。
算法大致流程是用一个队列来进行维护。 初始时将源加入队列。 每次从队列中取出一个元素,
并对所有与他相邻的点进行松弛,若某个相邻的点松弛成功,则将其入队。 直到队列为空时算法结束。
它可以在O(kE)的时间复杂度内求出源点到其他所有点的最短路径,可以处理负边。
SPFA 在形式上和BFS非常类似,不同的是BFS中一个点出了队列就不可能重新进入队列,但是SPFA中
一个点可能在出队列之后再次被放入队列,也就是一个点改进过其它的点之后,过了一段时间可能本
身被改进,于是再次用来改进其它的点,这样反复迭代下去。
判断有无负环:如果某个点进入队列的次数超过V次则存在负环(SPFA无法处理带负环的图)。
SPFA算法有两个优化算法 SLF 和 LLL:
SLF:Small Label First 策略,设要加入的节点是j,队首元素为i,若dist(j)<dist(i),则将j插入队首,
否则插入队尾。
LLL:Large Label Last 策略,设队首元素为i,队列中所有dist值的平均值为x,若dist(i)>x则将i插入
到队尾,查找下一元素,直到找到某一i使得dist(i)<=x,则将i出对进行松弛操作。
引用网上资料,SLF 可使速度提高 15 ~ 20%;SLF + LLL 可提高约 50%。
在实际的应用中SPFA的算法时间效率不是很稳定,为了避免最坏情况的出现,通常使用效率更加稳定的Dijkstra算法。
*/
//用数组实现邻接表存储,pnt[i,0]表示与i相邻的结点个数,pnt[i,1...k]存储与i相邻的点
int pnt[MAXN][MAXN];
int map[MAXN][MAXN]; //map[i,j]为初始输入的i到j的距离,并且map[i,i]=0;未知的map[i,j]=INF;
int dis[MAXN];
char vst[MAXN];
int SPFA(int n, int s)
{
int i, pri, end, p, t;
memset(vst, 0, sizeof(vst));
for (i=1; i<=n; i++)
dis[i] = INF;
dis[s] = 0;
vst[s] = 1;
Q[0] = s; pri = 0; end = 1;
while (pri < end)
{
p = Q[pri];
for (i=1; i<=pnt[p][0]; i++)
{
t = pnt[p][i];
//先释放,释放成功后再判断是否要加入队列
if (dis[p]+map[p][t] < dis[t])
{
dis[t] = dis[p]+map[p][t];
if (!vst[t])
{
Q[end++] = t;
vst[t] = 1;
}
}
}
vst[p] = 0;
pri++;
}
return 1;
}
- 正规邻接表存储:
-
- struct Edge
- {
- int e;
- int v;
- struct Edge *nxt;
- };
- struct
- {
- struct Edge *head, *last;
- } node[MAXN];
-
-
-
- void add(int s, int e, int v)
- {
- struct Edge *p;
- p = (struct Edge*)malloc(sizeof(struct Edge));
- p->e = e;
- p->v = v;
- p->nxt = NULL;
- if (node[s].head == NULL)
- {
- node[s].head = p;
- node[s].last = p;
- }
- else
- {
- node[s].last->nxt = p;
- node[s].last = p;
- }
- }
-
-
- int relax(int s, int e, int v)
- {
- if (dis[s]+v < dis[e])
- {
- dis[e] = dis[s]+v;
- return 1;
- }
- return 0;
- }
-
-
- int n;
- int vst[MAXN], cnt[MAXN];
- int Q[MAXN*MAXN];
- int SPFA(int s0)
- {
- int i, p, q;
- struct Edge *pp;
-
- memset(vst, 0, sizeof(vst));
- memset(cnt, 0, sizeof(cnt));
- for (i=0; i<=n; i++)
- dis[i] = INF;
- dis[s0] = 0;
-
- Q[0] = s0; p = 0; q = 1;
- vst[s0] = 1;
- cnt[s0]++;
- while (p < q)
- {
- pp = node[Q[p]].head;
- while (pp)
- {
- if (relax(Q[p], pp->e, pp->v) && !vst[pp->e])
- {
- Q[q++] = pp->e;
- vst[pp->e] = 1;
- cnt[pp->e]++;
- if (cnt[pp->e] > n)
- return 0;
- }
- pp = pp->nxt;
- }
- vst[Q[p]] = 0;
- p++;
- }
- return 1;
- }
正规邻接表存储:
/* ------- 邻接表存储 ----------- */
struct Edge
{
int e; //终点
int v; //边权
struct Edge *nxt;
};
struct
{
struct Edge *head, *last;
} node[MAXN];
/* -------------------------------- */
/* 添加有向边<起点,终点,边权> */
void add(int s, int e, int v)
{
struct Edge *p;
p = (struct Edge*)malloc(sizeof(struct Edge));
p->e = e;
p->v = v;
p->nxt = NULL;
if (node[s].head == NULL)
{
node[s].head = p;
node[s].last = p;
}
else
{
node[s].last->nxt = p;
node[s].last = p;
}
}
/* 松弛,成功返回1,否则0 */
int relax(int s, int e, int v)
{
if (dis[s]+v < dis[e])
{
dis[e] = dis[s]+v;
return 1;
}
return 0;
}
/* SPFA有负权回路返回0,否则返回1并且最短路径保存在dis[] */
int n;
int vst[MAXN], cnt[MAXN];
int Q[MAXN*MAXN];
int SPFA(int s0)
{
int i, p, q;
struct Edge *pp;
memset(vst, 0, sizeof(vst));
memset(cnt, 0, sizeof(cnt));
for (i=0; i<=n; i++)
dis[i] = INF;
dis[s0] = 0;
Q[0] = s0; p = 0; q = 1;
vst[s0] = 1;
cnt[s0]++;
while (p < q)
{
pp = node[Q[p]].head;
while (pp)
{
if (relax(Q[p], pp->e, pp->v) && !vst[pp->e])
{
Q[q++] = pp->e;
vst[pp->e] = 1;
cnt[pp->e]++;
if (cnt[pp->e] > n) //有负权回路
return 0;
}
pp = pp->nxt;
}
vst[Q[p]] = 0;
p++;
}
return 1;
}
-
-
- #define MAX_node 10000
- #define MAX_edge 100000
-
- struct Edge
- {
- int e, v;
- } edge[MAX_edge];
-
- int neg;
- int node[MAX_node];
- int next[MAX_edge];
-
- void add(int s, int e, int v)
- {
- edge[neg].e = e;
- edge[neg].v = v;
- next[neg] = node[s];
- node[s] = neg++;
- }
-
- int SPFA(int s0)
- {
- int i, t, p, top;
-
- memset(vst, 0, sizeof(vst));
- for (i=1; i<=n; i++)
- dis[i] = INF;
- dis[s0] = 0;
-
- Q[0] = s0;
- top = 1;
- vst[s0] = 1;
- while (top)
- {
- t = Q[--top];
- vst[t] = 0;
- p = node[t];
- while (p != -1)
- {
- if (relax(t, edge[p].e, edge[p].v) && !vst[edge[p].e])
- {
- Q[top++] = edge[p].e;
- vst[edge[p].e] = 1;
- }
- p = next[p];
- }
- }
- return 1;
- }