• 最短路径之Floyd(弗洛伊德)算法


    上课没好好听,floyd算法其实还是很简单的,适合算法入门,用三个for循环就可以解决问题,时间复杂度为O(n^3)

    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。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,便设置Dis(AB) = Dis(AX) + Dis(XB),这样一来,当遍历完所有节点X,Dis(AB)中记录的便是A到B的最短路径的距离。

    代码看起来可能像下面这样:

    for (int i = 0; i < 节点个数; ++i )
    {
        for (int j = 0; j < 节点个数; ++j )
        {
            for (int k = 0; k < 节点个数; ++k )
            {
                if ( Dis[i][k] + Dis[k][j] < Dis[i][j] )
                {
                    // 找到更短路径
                    Dis[i][j] = Dis[i][k] + Dis[k][j];
                }
            }
        }
    }

    但是这里我们要注意循环的嵌套顺序,如果把检查所有节点X放在最内层,那么结果将是不正确的,为什么呢?因为这样便过早的把i到j的最短路径确定下来了,而当后面存在更短的路径时,已经不再会更新了。

    让我们来看一个例子,看下图:

    图中红色的数字代表边的权重。如果我们在最内层检查所有节点X,那么对于A->B,我们只能发现一条路径,就是A->B,路径距离为9。而这显然是不正确的,真实的最短路径是A->D->C->B,路径距离为6。造成错误的原因就是我们把检查所有节点X放在最内层,造成过早的把A到B的最短路径确定下来了,当确定A->B的最短路径时Dis(AC)尚未被计算。所以,我们需要改写循环顺序,如下:

    for (int k = 0; k < 节点个数; ++k )
    {
        for (int i = 0; i < 节点个数; ++i )
        {
            for (int j = 0; j < 节点个数; ++j )
            {
                if ( Dis[i][k] + Dis[k][j] < Dis[i][j] )
                {
                    // 找到更短路径
                    Dis[i][j] = Dis[i][k] + Dis[k][j];
                }
            }
        }
    }

    这就是floyd算法的核心部分,下一篇给出具体的应用。

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