【YbtOJ 最短路 - 1】单源最短路径

单源最短路径


题目

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输入

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输出

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输入样例

4 6 1
1 2 2
2 3 2
2 4 1
1 3 5
3 4 3
1 4 4

输出样例

0 2 4 3

解题思路

我们这题要用堆优化堆优化 +++ dijkstradijkstradijkstra


程序如下

<think>好的,我现在需要处理用户关于单源最短路径算法(弱化版)的问题。用户提到参考了引用[1]和[2],其中引用[1]详细描述了Dijkstra算法的步骤,而引用[2]提供了题目的数据范围。用户的需求是寻找该算法的实现或解释,特别是针对弱化版的。 首先,我得确定“弱化版”具体指什么。根据引用[2]的数据范围,弱化版可能处理较小的数据量,比如n≤10^4,m≤5×10^5,并且数据随机。这可能意味着不需要处理极端情况或使用更复杂的优化,比如斐波那契堆,而是可以用优先队列优化的Dijkstra,也就是通常的堆优化版本。 接下来,我需要解释Dijkstra算法的基本思想,结合用户提供的引用[1]中的步骤。要确保符合用户的要求,使用链式前向星和优先队列。链式前向星是存储图的一种高效方式,尤其适合边数多的情况,而优先队列(通常用二叉堆实现)可以帮助快速获取当前短距离的节点。 然后,我需要考虑如何组织代码示例。用户可能需要一个Python的实现,但Python的标准库中没有优先队列的高效实现(比如堆不支持减少键操作),所以可能需要使用其他方式,比如每次遇到更短的路径时都插入新节点,并允许重复的节点在队列中,但通过维护短距离来忽略旧的值。这种方法在数据量较小时可行,但可能影响性能。不过根据引用[2]的数据范围,弱化版的n是10^4,这在Python中可能效率不高,但用户可能希望看到示例代码,即使它不是优的。 另外,需要注意用户提到的数据范围中w是非负数,因此Dijkstra算法适用。如果有负权边,就需要Bellman-Ford或其优化版本,但这里显然不需要。 在解释过程中,要确保数学表达式符合系统级指令,行内公式用$...$,独立公式用$$...$$。例如,松弛操作的公式可以写成$dis[v] = \min(dis[v], dis[u] + w(u,v))$。 然后,生成相关问题时要考虑用户可能进一步的问题,比如与普通Dijkstra的区别、时间复杂度、处理大数据量的优化,或者与其他算法如SPFA的比较。 后,检查是否引用了用户提供的引用,比如在解释Dijkstra步骤时引用[^1],在数据范围时引用[^2]。同时,确保回答结构清晰,分步骤解释算法和代码,满足用户的结构化需求。</think>### 单源最短路径算法(弱化版)实现与解释 单源最短路径(SSSP)的弱化版通常指处理**非负权有向图**且**数据规模适中**的场景[^2],核心算法为**Dijkstra+优先队列优化**,以下分步解析: --- #### 一、算法核心思想 1. **贪心策略**:每次选择当前距离起点近的未访问节点,更新其邻接节点的短距离[^1] 2. **数据结构**: - $dis[]$ 数组:存储起点到各节点的短距离,初始时 $dis[s]=0$,其余为 $\infty$ - 优先队列(小堆):按距离排序,快速获取当前小距离节点 - 链式前向星:高效存储稀疏图,节省内存 --- #### 二、算法步骤 1. **初始化**: $$dis[s] = 0,\quad dis[v] = +\infty \ (\forall v \neq s)$$ 将起点 $s$ 加入优先队列 2. **迭代松弛**: - 弹出堆顶节点 $u$ - 遍历 $u$ 的所有邻接边 $(u, v, w)$ - **松弛操作**: $$dis[v] = \min(dis[v], dis[u] + w)$$ 若松弛成功,将 $v$ 加入优先队列 3. **终止条件**:优先队列为空 --- #### 三、代码实现(Python伪代码) ```python import heapq def dijkstra(n, edges, s): dis = [float('inf')] * (n + 1) dis[s] = 0 heap = [(0, s)] graph = [[] for _ in range(n + 1)] # 链式前向星建图 for u, v, w in edges: graph[u].append((v, w)) while heap: d_u, u = heapq.heappop(heap) if d_u > dis[u]: # 跳过旧数据 continue for v, w in graph[u]: if dis[v] > dis[u] + w: dis[v] = dis[u] + w heapq.heappush(heap, (dis[v], v)) return dis ``` --- #### 四、性能分析 1. **时间复杂度**:$O(m \log n)$,适用于 $m \leq 5 \times 10^5$ 的规模[^2] 2. **空间复杂度**:$O(n + m)$,链式前向星存图 3. **优化关键**: - 优先队列避免重复访问 - 链式前向星减少内存占用 ---
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