数据结构----单源最短路径Dijkstra

本文详细介绍了Dijkstra算法用于寻找图中单源最短路径的原理,并提供了C++实现的代码示例,包括栈的数据结构和邻接矩阵表示的图。代码包括栈的初始化、入栈、出栈等操作,以及Dijkstra算法的完整流程。最后,通过测试案例展示了算法的运行效果,时间复杂度为O(n),空间复杂度为O(n)。

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数据结构----单源最短路径Dijkstra



原理:参考趣学数据结构



代码:


stack.h 栈代码


#pragma once
#include<stdio.h>
#define maxSize 100
typedef struct stack {
	int * base;
	int * top;
}stack;
bool init(stack & Stack) {//栈的初始化
	Stack.base = new int[maxSize];
	if (!Stack.base) {
		return false;
	}
	Stack.top = Stack.base;
	return true;
}
bool push(stack & Stack,int e) {//入栈
	if (Stack.top - Stack.base == maxSize) {//满栈,不能再插入
		return false;
	}
	*(Stack.top) = e;
	Stack.top++;
	return true;
}
bool pop(stack & Stack, int &e) {//出栈
	if (Stack.base == Stack.top) {//栈空
		return false;
	}
	Stack.top--;
	e = *(Stack.top);
	return true;
}
int getTop(stack &Stack) {
	if (Stack.base == Stack.top) {//栈空
		return -1;
	}
	return *(Stack.top - 1);
}
void printStack(stack Stack) {//遍历栈中的元素
	while (Stack.base != Stack.top) {
		printf("%d ", *(Stack.top - 1));
		Stack.top--;
	}
}
bool empty(stack Stack) {//栈空的判断
	if (Stack.base == Stack.top) {
		return true;
	}
	return false;
}
void testStack() {//测试栈是否有问题
	stack Stack;
	init(Stack);
	int value;
	while (1) {
		scanf_s("%d", &value);
		if (value == -1) {
			break;
		}
		push(Stack, value);
	}
	printStack(Stack);
}

dijkstra.cpp


#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include"stack.h"
#define N 100
#define elemType int
//const int MAX_INT = (1 << 31) - 1;
//const int MAX_INT = 0X7fffffff;
#define  INF    (((unsigned int)(-1)) >> 1)
typedef struct GraphMatrix {
	elemType vNode[N][N];
	int vNum, eNum;
}GraphMatrix;
void findPath(GraphMatrix G, int dist[], int p[], int u, stack &Stack);//声明
void initGMaxtix(GraphMatrix &G) {//初始化邻接矩阵
	printf("输入顶点数和边数\n");
	scanf_s("%d%d", &G.vNum, &G.eNum);
	for (int i = 0; i < G.vNum; i++) {//初始化邻接矩阵
		for (int j = 0; j < G.vNum; j++) {
			G.vNode[i][j] = G.vNode[j][i]=INF;
		}
	}
	printf("输入顶点v1到顶点v2和其边的权重\n");
	for (int i = 0; i < G.eNum; i++ ) {
		int v1, v2,weights;
		scanf_s("%d%d%d", &v1, &v2,&weights);
		G.vNode[v1][v2] = G.vNode[v2][v1] = weights;
	}
}
void print4(GraphMatrix G) {
	printf("邻接矩阵如下:\n");
	for (int i = 0; i < G.vNum; i++) {
		for (int j = 0; j < G.vNum; j++) {
			printf("%d ", G.vNode[i][j]);
		}
		printf("\n");
	}
}
void print41(int result[], int length) {
	for (int i = 0; i < length; i++) {
		printf("%d ", result[i]);
	}
	printf("\n");
}
void Dijkstra(GraphMatrix G, int u) {//单源最短路径,分为两个集合求解
	bool flag[N];//标识是否加入第一个顶点集
	int dist[N], p[N];//分别为单源点到其他点的距离和这段距离所经过的那些顶点的记录数组p
	p[u] = -1;
	dist[u] = 0;
	for (int i = 0; i < G.vNum; i++) {
		flag[i] = false;//每一个顶点都默认没有访问
		dist[i] = G.vNode[u][i];
		if (G.vNode[u][i]==INF) {//对距离数组和记录数组初始化
			p[i] = -1;
		}
		else {
			p[i] = u;
		}
	}
	flag[u] = true;
	for (int i = 0; i < G.vNum - 1; i++) {//G.vNum-1次连接
		//找没有被访问的最小元素
		int min=INF;
		int t=u;
		for (int j = 0; j < G.vNum; j++) {
			if (!flag[j] && dist[j] < min) {
				t = j;
				min = dist[j];
			}
		}
		if (t == u) {
			break;//全部顶点加入到第一个顶点集合中
		}
		flag[t] = true;//加入到第一个顶点集合中
		//更新距离数组
		for (int j = 0; j < G.vNum; j++) {
			if (!flag[j] && dist[t] + G.vNode[t][j] < dist[j]) {
				dist[j] = dist[t] + G.vNode[t][j];
				p[j] = t;
			}
		}
	}
	//print41(dist, G.vNum);
	stack Stack;
	init(Stack);
	printf("输出单源最短路径的最优方案\n");
	findPath(G, dist, p, u, Stack);
}
void findPath(GraphMatrix G,int dist[], int p[],int u,stack &Stack) {
	for (int i = 0; i < G.vNum; i++) {
		if (p[i]==-1) {//起点到起点
			printf("%d---%d不可达!\n",u,i);
			continue;
		}
		push(Stack, i);
		int x = p[i];
		while (x != -1) {//入栈查找路径
			push(Stack, x);
			x = p[x];
		}
		int e;
		while (!empty(Stack)) {//出栈遍历路径
			printf("%d", getTop(Stack));
			pop(Stack, e);
			if (Stack.top - Stack.base >= 1) {
				printf("---");
			}
		}
		printf(" 这段路径的距离为:%d\n", dist[i]);
	}
}
int main() {
	GraphMatrix G;
	initGMaxtix(G);
	print4(G);
	printf("\n");
	Dijkstra(G,0);
	system("pause");
	return 0;
}

测试截图:

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时间复杂度为O(n),空间复杂度为O(n)!

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