AcWing 852. spfa判断负环(抽屉原理)

本文介绍了一种使用SPFA(最短路径First-Farthest-Search)算法,结合抽屉原理判断无向图中是否存在负环的方法。通过计算两点之间的最短路径,当经过的节点数超过点数减一(除自身外)时,依据抽屉原理推断存在环。该算法的时间复杂度为O(nm),适用于点数n和边数m的图。

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思路:

运用 SPFA算法 结合 抽屉原理 判断图中是否存在负环

时间复杂度:

O(nm) n 表示点数,m 表示边数

代码:

#include<iostream>
#include<cstring>
#include<algorithm>
#include<queue>
using namespace std;
const int N = 2000+10;
const int M = 10000+10;
#define inf 0x3f3f3f3f
int h[M],e[M],ne[M],w[M],idx; // 邻接表存储所有边
int dist[N],cnt[N]; // dist[x]存储1号点到x的最短距离,cnt[x]存储1到x的最短路中经过的点数
bool st[N];// 存储每个点是否在队列中
int x,y,z,n,m;
void add(int x,int y,int z)
{
    e[idx]=y,ne[idx]=h[x],h[x]=idx,w[idx]=z,idx++;
}

// 如果存在负环,则返回true,否则
### SPFA算法检测的实现方法 SPFA(Shortest Path Faster Algorithm)是一种用于求解单源最短路径问题的改进型Bellman-Ford算法。它通过队列优化来加速计算过程,适用于存在权重边的情况。当图中可能存在时,SPFA可以用来检测这种异常情况。 #### 原理概述 SPFA的核心思想是利用动态规划的思想更新节点的距离值,并通过维护一个队列记录待处理的节点集合。如果某个节点被松弛操作影响超过 \(n\) 次(其中 \(n\) 是图中的节点数),那么说明该图中必然存在至少一条路[^1]。 #### 实现细节 以下是基于C++语言的一个典型SPFA实现,能够有效判断是否存在: ```cpp #include <iostream> #include <vector> #include <queue> using namespace std; const int INF = 0x3f3f3f3f; // 定义无穷大距离 struct Edge { int to; int weight; }; bool spfa(int start, vector<vector<Edge>>& adjList, int n) { vector<int> dist(n + 1, INF); // 距离数组初始化为无穷大 vector<bool> inQueue(n + 1, false); // 记录当前节点是否在队列中 vector<int> cnt(n + 1, 0); // 统计每个节点进入队列的次数 queue<int> q; dist[start] = 0; // 初始起点到自身的距离为0 q.push(start); inQueue[start] = true; while (!q.empty()) { int u = q.front(); q.pop(); inQueue[u] = false; for (auto& edge : adjList[u]) { // 遍历邻接表中的每条边 if (dist[edge.to] > dist[u] + edge.weight) { // 松弛条件成立 dist[edge.to] = dist[u] + edge.weight; if (!inQueue[edge.to]) { // 如果未入队,则加入队列 q.push(edge.to); inQueue[edge.to] = true; cnt[edge.to]++; if (cnt[edge.to] >= n) { // 若某点入队次数大于等于n次,则有 return true; } } } } } return false; // 图中不存在 } int main() { int n, m, s; cin >> n >> m >> s; // 输入节点数、边数以及起始节点编号 vector<vector<Edge>> adjList(n + 1); for (int i = 0; i < m; ++i) { int from, to, w; cin >> from >> to >> w; // 输入边的信息 adjList[from].push_back({to, w}); } bool hasNegativeCycle = spfa(s, adjList, n); cout << (hasNegativeCycle ? "Graph contains a negative-weight cycle." : "No negative-weight cycles found.") << endl; } ``` 此代码片段实现了SPFA算法并能有效地检测给定图中是否有的存在。程序首先读取输入数据构建邻接表表示的图结构;接着调用`spfa()`函数执行具体逻辑运算;最终依据返回的结果打印相应提示信息。 #### 关键点解析 - **距离数组 `dist[]`:** 存储从指定起点到达其他各顶点之间的最小可能代价。 - **布尔标记向量 `inQueue[]:`** 表明哪些结点正处于活动状态即位于工作列表之中等待进一步探索。 - **访问统计变量 `cnt[]:`** 对于每一个定点累计其重新激活频率以便及时察觉潜在循现象的发生迹象。 一旦任意单一位置经历过多轮迭代尝试依旧无法稳定下来——意味着出现了违背常规约束关系的现象,也就是所谓的“权回路”。 --- ###
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