• Bellman_Ford



    Source:http://www.cnblogs.com/Jason-Damon/archive/2012/04/21/2460850.html

       摘自百度百科    

              Bellman-ford算法是求含负权图的单源最短路径算法,效率很低,但代码很容易写。即进行不停地松弛(relaxation),每次松弛把每条边都更新一下,若n-1次松弛后还能更新,则说明图中有负环(即负权回路,本文最后有解释),无法得出结果,否则就成功完成。Bellman-ford算法有一个小优化:每次松弛先设一个旗帜flag,初值为FALSE,若有边更新则赋值为TRUE,最终如果还是FALSE则直接成功退出。Bellman-ford算法浪费了许多时间做无必要的松弛,所以SPFA算法用队列进行了优化,效果十分显著,高效难以想象。SPFA还有SLF,LLL,滚动数组等优化。

          Dijkstra算法中不允许边的权是负权,如果遇到负权,则可以采用Bellman-Ford算法。

     

      Bellman-Ford算法能在更普遍的情况下(存在负权边)解决单源点最短路径问题。对于给定的带权(有向或无向)图 G=(V,E),其源点为s,加权函数w是 边集 E 的映射。对图G运行Bellman-Ford算法的结果是一个布尔值,表明图中是否存在着一个从源点s可达的负权回路。若不存在这样的回路,算法将给出从源点s到 图G的任意顶点v的最短路径d[v]。

     

      适用条件&范围

     

      1.单源最短路径(从源点s到其它所有顶点v);

     

      2.有向图&无向图(无向图可以看作(u,v),(v,u)同属于边集E的有向图);

     

      3.边权可正可负(如有负权回路输出错误提示);

     

      4.差分约束系统;

     

      Bellman-Ford算法描述:

     

      1,.初始化:将除源点外的所有顶点的最短距离估计值 d[v] ←+∞, d[s] ←0;

     

      2.迭代求解:反复对边集E中的每条边进行松弛操作,使得顶点集V中的每个顶点v的最短距离估计值逐步逼近其最短距离;(运行|v|-1次)

     

      3.检验负权回路:判断边集E中的每一条边的两个端点是否收敛。如果存在未收敛的顶点,则算法返回false,表明问题无解;否则算法返回true,并且从源点可达的顶点v的最短距离保存在 d[v]中。

     

      描述性证明:

     

      首先指出,图的任意一条最短路径既不能包含负权回路,也不会包含正权回路,因此它最多包含|v|-1条边。

     

      其次,从源点s可达的所有顶点如果 存在最短路径,则这些最短路径构成一个以s为根的最短路径树。Bellman-Ford算法的迭代松弛操作,实际上就是按顶点距离s的层次,逐层生成这棵最短路径树的过程。

     

      在对每条边进行1遍松弛的时候,生成了从s出发,层次至多为1的那些树枝。也就是说,找到了与s至多有1条边相联的那些顶点的最短路径;对每条边进行第2遍松弛的时候,生成了第2层次的树枝,就是说找到了经过2条边相连的那些顶点的最短路径……。因为最短路径最多只包含|v|-1 条边,所以,只需要循环|v|-1 次。

     

      每实施一次松弛操作,最短路径树上就会有一层顶点达到其最短距离,此后这层顶点的最短距离值就会一直保持不变,不再受后续松弛操作的影响。(但是,每次还要判断松弛,这里浪费了大量的时间,怎么优化?单纯的优化是否可行?)

     

      如果没有负权回路,由于最短路径树的高度最多只能是|v|-1,所以最多经过|v|-1遍松弛操作后,所有从s可达的顶点必将求出最短距离。如果 d[v]仍保持 +∞,则表明从s到v不可达。

     

      如果有负权回路,那么第 |v|-1 遍松弛操作仍然会成功,这时,负权回路上的顶点不会收敛。

     负权回路

     在一个图里每条边都有一个权值(有正有负)
    如果存在一个环(从某个点出发又回到自己的路径),而且这个环上所有权值之和是负数,那这就是一个负权环,也叫负权回路
    存在负权回路的图是不能求两点间最短路的,因为只要在负权回路上不断兜圈子,所得的最短路长度可以任意。
     The  PKU  3259

    #include<cstdio>
    #include<iostream>
    #include<cstring>
    const int INF=99999;
    const int N=100;
    int n,m,w;
    using namespace std;
    struct node//结构体类型名称可以省略
    {
    int sta,end,time;
    void set(int x,int y,int s)//映射
    {
    sta=x;
    end=y;
    time=s;
    }
    } edge[N];
    int dis[N];
    bool Bellman_Ford(int edge_num)
    {
    memset(dis,INF,sizeof(dis));
    dis[1]=0;
    int i,j;
    for(i=0; i<n; i++)
    {
    bool flag=false;
    for(j=0; j<edge_num; j++)
    {
    int tx=edge[j].sta,ty=edge[j].end;
    if(dis[ty]>dis[tx]+edge[j].time)
    {
    dis[ty]=dis[tx]+edge[j].time;
    flag=true;
    }
    }

    if(!flag)
    break;
    }

    if(i==n)
    return true;
    else
    return false;

    }
    int main()
    {
    int t;
    cin>>t;
    while(t--)
    {
    int edge_num=0;
    cin>>n>>m>>w;
    int x,y,t;
    while(m--)
    {
    cin>>x>>y>>t;
    edge[edge_num++].set(x,y,t);
    edge[edge_num++].set(y,x,t);

    }
    while(w--)
    {
    cin>>x>>y>>t;
    edge[edge_num++].set(x,y,-t);

    }

    puts(Bellman_Ford(edge_num)?"YES":"NO");
    }
    return 0;
    }
    /*输入:(pku 3259)
    2
    3 3 1
    1 2 2
    1 3 4
    2 3 1
    3 1 3

    3 2 1
    1 2 3
    2 3 4
    3 1 8

    NO
    YES
    */

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