Bellman-Ford算法

本文介绍了使用Bellman-Ford算法解决单源最短路径问题的方法,包括算法原理、代码实现及应用实例。通过实例演示了如何在给定边集和顶点数的情况下,计算从指定起点到所有其他顶点的最短路径。
<span style="font-size:14px;">//Bellman-Ford_001.cpp -- 单源最短路
#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <cstring>
#include <cstdlib>
#include <cstdio>
#include <cmath>
#include <queue>
#include <vector>
#include <map>
typedef long long ll;
using namespace std;
const int INF = 0x3f3f3f3f;
const int maxE = 1000 + 10;
const int maxV = 100 + 10;
struct edge{
	int from, to, cost;
};
edge es[maxE];
int d[maxV];
int V, E;


void Bellman_Ford(int s)
{
	fill(d, d+V, INF);
	d[s] = 0;
	for( int i=0; i<V-1; i++ )
	{
		bool update = false;
		for( int j=0; j<E; i++ )
		{
			edge e = es[j];
			if( d[e.from]!=INF && d[e.to]>d[e.from]+e.cost )
			{
				d[e.to] = d[e.from] + e.cost;
				update = true;
			}
		}
		if( !update )	break;
	}
	bool flag = false;
	for( int i=0; i<E; i++ )
	{
		edge e = es[i];
		if( d[e.from]!=INF && d[e.to]>d[e.from]+e.cost )
		{
			flag = true;
			break;
		}
	}
	if( flag )
		cout<<"存在负圈。"<<endl;
} 
int main()
{
	while( cin>>V>>E && V )
	{
		int a, b, c;
		for( int i=0; i<E; i++ )
		{
			cin>>a>>b>>c;
			es[i] = (edge){a, b, c};
		}
		Bellman_Ford(0);
	}
	return 0;
}</span>

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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