存储图的方式(1.链式向前星2.二维数组)
链式向前星
适用范围
给定的图存在负权边,这时类似Dijkstra等算法就不能用了
算法思想
我们用数组d记录每个结点的最短路径估计值,用邻接表来存储图G。我们采取的方法是动态逼近法:设立一个先进先出的队列用来保存待优化的结点,优化时每次取出队首结点u,并且用u点当前的最短路径估计值对离开u点所指向的结点v进行松弛操作,如果v点的最短路径估计值有所调整,且v点不在当前的队列中,就将v点放入队尾。这样不断从队列中取出结点来进行松弛操作,直至队列空为止
实现方法
建立一个队列,初始时队列里只有起始点,再建立一个表格记录起始点到所有点的最短路径(该表格的初始值要赋为极大值,该点到他本身的路径赋为0)。然后执行松弛操作,用队列里有的点作为起始点去刷新到所有点的最短路,如果刷新成功且被刷新点不在队列中则把该点加入到队列最后。重复执行直到队列为空。
首先建立起始点a到其余各点的
最短路径表格
首先源点a入队,当队列非空时:
1、队首元素(a)出队,对以a为起始点的所有边的终点依次进行松弛操作(此处有b,c,d三个点),此时路径表格状态为:
在松弛时三个点的最短路径估值变小了,而这些点队列中都没有出现,这些点
需要入队,此时,队列中新入队了三个结点b,c,d
队首元素b点出队,对以b为起始点的所有边的终点依次进行松弛操作(此处只有e点),此时路径表格状态为:
在最短路径表中,e的最短路径估值也变小了,e在队列中不存在,因此e也要
入队,此时队列中的元素为c,d,e
队首元素c点出队,对以c为起始点的所有边的终点依次进行松弛操作(此处有e,f两个点),此时路径表格状态为:
在最短路径表中,e,f的最短路径估值变小了,e在队列中存在,f不存在。因此
e不用入队了,f要入队,此时队列中的元素为d,e,f
队首元素d点出队,对以d为起始点的所有边的终点依次进行松弛操作(此处只有g这个点),此时路径表格状态为:
在最短路径表中,g的最短路径估值没有变小(松弛不成功),没有新结点入队,队列中元素为f,g队首元素f点出队,对以f为起始点的所有边的终点依次进行松弛操作(此处有d,e,g三个点),此时路径表格状态为:
在最短路径表中,e,g的最短路径估值又变小,队列中无e点,e入队,队列中存在g这个点,g不用入队,此时队列中元素为g,e
队首元素g点出队,对以g为起始点的所有边的终点依次进行松弛操作(此处只有b点),此时路径表格状态为:
在最短路径表中,b的最短路径估值又变小,队列中无b点,b入队,此时队列中元素为e,b队首元素e点出队,对以e为起始点的所有边的终点依次进行松弛操作(此处只有g这个点),此时路径表格状态为:
在最短路径表中,g的最短路径估值没变化(松弛不成功),此时队列中元素为b
队首元素b点出队,对以b为起始点的所有边的终点依次进行松弛操作(此处只有e这个点),此时路径表格状态为:
在最短路径表中,e的最短路径估值没变化(松弛不成功),此时队列为空了
最终a到g的最短路径为14
SPFA算法模板
1
#include<iostream> #include<algorithm> #include<queue> #define MAXN 100000 #define INF 0x3f3f3f3f using namespace std; struct edge { int to; //边的终点 int next; //上一条边的标号 int w; //边权 } E[MAXN]; int cnt=0; int head[MAXN]; int d[MAXN]; bool vis[MAXN]; void add(int u,int v,int w) { //链式向前星 E[cnt].to=v; E[cnt].w=w; E[cnt].next=head[u]; head[u]=cnt++; } void init() { for(int i=0; i<MAXN; i++) { d[i]=INF; vis[i]=0; head[i]=-1; } cnt=0; } void SPFA(int s) {//以s为源 d[s]=0; vis[s]=1; queue<int> q; q.push(s); while(!q.empty()) { int u=q.front(); q.pop(); vis[u]=0; for(int i=head[u]; i!=-1; i=E[i].next) { int v=E[i].to; int w=E[i].w; if(d[v]>d[u]+w) { d[v]=d[u]+w; if(!vis[v]) { vis[v]=1; q.push(v); } } } } } int main(){ for(int i=1;i<=11;i++){ int u,v,w; cin>>u>>v>>w; add(u,v,w);//存图u起点,v终点,w权 } SPFA(1);//以1为源,自行更改 for(int i=1;d[i]!=INF;i++){ cout<<d[i]<<endl; } }
2
#include<iostream> #include<queue> #include<string.h> #define MAXN 1000 #define INF 0x3f3f3f3f using namespace std; int n,m; int d[MAXN],vis[MAXN],a[MAXN][MAXN]; void SPFA(int s) { for(int i=0; i<MAXN; i++) { d[i]=INF; vis[i]=0; } d[s]=0; vis[s]=1; queue<int>ac; ac.push(s); while(!ac.empty()) { int actop=ac.front(); ac.pop(); vis[actop]=0; for(int i=1; i<=n; i++) { if(d[i]>d[actop]+a[actop][i] && a[actop][i]!=0) {//如果有负的这里特判a[actop][i]!=xxxx d[i]=d[actop]+a[actop][i]; if(vis[i]==0) { ac.push(i); vis[i]=1; } } } } } int main() { cin>>n>>m; for(int i=1; i<=m; i++) { int a1,b,c; cin>>a1>>b>>c; a[a1][b]=c; } SPFA(1); for(int i=1; i<=n; i++) cout<<d[i]<<endl; }