最短路径(Dijkstra)算法 之 .Net 4.0 Parallel 实现

本文介绍了使用.NET 4.0的Parallel特性实现Dijkstra最短路径算法的过程,包括关键代码示例,展示了如何优化算法以提高效率。

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Program.cs

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;

namespace ParallelDijkstra
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            int[,] c=new int[5,5];

            Parallel.For(0, 5, (i) =>
                {
                    Parallel.For(0, 5, (j) =>
                        {
                            c[i,j] = Dijkstra.MaxInt;
                        }
                     );
                }
            );

            c[0, 1] = c[1, 0] = 10;
            c[0, 3] = c[3, 0] = 30;
            c[0, 4] = c[4, 0] = 100;
            c[1, 2] = c[2, 1] = 50;
            c[2, 4] = c[4, 2] = 10;
            c[3, 2] = c[2, 3] = 20;
            c[3, 4] = c[4, 3] = 60;


            int[] dist;
            int[] prev;
            Dijkstra.Execute(5, 0, c, out dist, out prev);

            string path = Dijkstra.ParsePath(prev,0,4);

            Console.WriteLine(path);

            Console.ReadKey();
        }
    }
}



Dijkstra.cs


using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;

namespace ParallelDijkstra
{
    public class Dijkstra
    {
        public static int MaxInt = 999999;


        /// <summary>
        /// 执行最短路径分析
        /// </summary>
        /// <param name="n">结点个数</param>
        /// <param name="v">源点</param>
        /// <param name="c">路径权值矩阵</param>
        /// <param name="dist">从源点出发至各节点的最短路径值列表</param>
        /// <param name="prev">记录每一个结点的前一个最短路径结点</param>
        public static void Execute(int n, int v, int[,] c,out int[] dist, out int[] prev)
        {
            int[] tmpDist=new int[n];
            int[] tmpPrev=new int[n];

            bool[] s = new bool[100];       // 判断是否已存入该点到S集合中
            Parallel.For(0, n, (i) =>
                {
                    tmpDist[i] = c[v,i];
                    s[i] = false;
                    if (tmpDist[i] == MaxInt)
                        tmpPrev[i] = -1;
                    else
                        tmpPrev[i] = v;
                }
            );

            tmpDist[v] = 0;
            s[v] = true;

            //依次将未放入S集合的结点中,取dist[]最小值的结点,放入集合S之中
            //一旦S包含了所有V中顶点,dist就记录了从源点到所有其他顶点之间的最短路径长度
            Parallel.For(1, n, (i) =>
                {
                    int tmp = MaxInt;
                    int u = v;
                    // 找出当前未使用的点j的dist[j]最小值
                    Parallel.For(0, n, (j) =>
                        {
                            if (!s[j] && tmpDist[j] < tmp)
                            {
                                u = j;          //u保存当前邻接点中距离最小的点的号码
                                tmp=tmpDist[j];
                            }
                        }
                    );

                    s[u] = true;                //表示u点已存入S集合中


                    //更新dist
                    Parallel.For(0, n, (j) =>
                        {
                            if (!s[j] && c[u,j] < MaxInt)
                            {
                                int newDist = tmpDist[u] + c[u,j];
                                if (newDist < tmpDist[j])
                                {
                                    tmpDist[j] = newDist;
                                    tmpPrev[j] = u;
                                }
                            }
                        }
                    );
                }
            );

            dist=tmpDist;
            prev=tmpPrev;
        }

        /// <summary>
        /// 获取从点v至点u的最短路径描述字符串
        /// </summary>
        /// <param name="prev">记录每一个结点的前一个最短路径结点</param>
        /// <param name="v">起点</param>
        /// <param name="u">终点</param>
        /// <returns>从点v至点u的最短路径描述字符串</returns>
        public static String ParsePath(int[] prev, int v, int u)
        {
            String path = "没有有效路径.";

            int tot=0;
            List<int> que = new List<int>();
            que.Add(u);
            tot++;

            int tmp=prev[u];
            while (tmp != v && tmp != -1)
            {
                que.Add(tmp);
                tot++;
                tmp=prev[tmp];
            }

            if (tmp != -1)
            {
                que.Add(v);
                path=String.Empty;

                for (int i = tot; i > 0; i--)
                {
                    path += que[i].ToString() + "-->";
                }

                path += que[0].ToString();
            }

            return path;
        }
    }
}

输出结果:

0-->3-->2-->4

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