bellman-ford算法

本文详细介绍贝尔曼-福特算法,一种用于解决带负权边的图中单源最短路径问题的有效方法。该算法基于动态规划思想,通过反复利用已知边来更新最短路径。文中还提供了核心代码实现及时间复杂度分析。

算法目的:主要用于解决带负权的图计算单源最短路问题。

原理:基于动态规划,反复利用已经存在的边更新最短距离。

实现核心:通过松弛操作对数组dist进行松弛

核心代码:

bool bellmanford(int n,int m)
{
    dis[0] = 0;
    int i,j;
    int flag=0;
    for(i = 0; i <= n; i++)
    {
        flag = 0;
        for(j = 0; j < m; j++)
        {
            if(dis[s[j].to] > dis[s[j].from] + s[j].w)
            {
                dis[s[j].to] = dis[s[j].from] + s[j].w;
                flag = 1;
            }
        }
        if(!flag)//某次不再更新
            break;
    }
    if(flag)//执行了n-1次对比之后,每条边都被更新,那么存在负权回路
        return true;
    else
        return false;
}
时间复杂度:O(n*m)


Bellman - ford算法是求含负权图的单源最短路径的一种算法,由美国数学家理查德•贝尔曼(Richard Bellman动态规划的提出者)和小莱斯特•福特(Lester Ford)发明,其效率较低,代码难度较小[^2][^3]。 该算法与Dijkstra算法思想一样,用于求解单源点最短路径问题。除了可求解边权均非负的问题外,还可以解决存在负权边的问题,而Dijkstra算法只能处理边权非负的问题,因此Bellman - Ford算法的适用面要广泛一些。不过,原始的Bellman - Ford算法时间复杂度为O(VE),比Dijkstra算法的时间复杂度高,但有多种形式的优化实现,这些优化实现在时间效率上得到相当提升,例如SPFA(Shortest - Path Faster Algorithm更快的最短路径算法算法的时间效率甚至优于Dijkstra算法[^1]。 Bellman - ford算法的原理为连续进行松弛,在每次松弛时把每条边都更新一下,若在n - 1次松弛后还能更新,则说明图中有负环,因此无法得出结果,否则就完成[^3]。 以下是该算法的代码示例: ```cpp #include <iostream> #include <cstring> using namespace std; const int N=510,M=1e4+10,INF=0x3f3f3f3f; struct Edge{ int u,v,w; }edges[M]; int d[N],backup[N]; int n,m,k; int Bellman_ford(){ memset(d,0x3f,sizeof d); d[1]=0; for(int i=0;i<k;i++){ memcpy(backup,d,sizeof d);//备份数组 for(int j=0;j<m;j++){ int u=edges[j].u,v=edges[j].v,w=edges[j].w; d[v]=min(d[v],backup[u]+w); } } if(d[n]>INF/2) return -1; /* 此处不能写d[n]==INF */ return d[n]; } int main(){ cin>>n>>m>>k; for(int i=0;i<m;i++){ int u,v,w; cin>>u>>v>>w; edges[i]={u,v,w}; } int t=Bellman_ford(); if(t==-1) puts("impossible"); else printf("%d",t); return 0; } ```
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