图论----最短路径

本文紧接着上一篇文章,介绍图的两种最短路径算法----迪杰斯特拉算法和弗洛伊德算法。

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Dijkstra

迪杰斯特拉是求单源最短路径的一种算法。它运用的是贪心的思想。

#include<stdio.h>
typedef int EdgeType;
typedef char VertexType;
#define MAXVEX 100
#define INFINITY 65535

typedef struct
{
    VertexType vexs[MAXVEX];
    EdgeType arc[MAXVEX][MAXVEX];
    int numVertexs, numEdges;
}MGraph;

void CreateMGraph(MGraph *G)
{
    int row = 0, column = 0, value = 0;
    printf("请输入顶点数和边数\n");
    scanf("%d %d",&G->numVertexs, &G->numEdges);
    getchar();
    printf("请输入顶点\n");
    for (int i = 0; i < G->numVertexs; ++i)
    {
        scanf("%c",&G->vexs[i]);
        getchar();
    }
    for (int i = 0; i < G->numVertexs; ++i)
    {
        for (int j = 0; j < G->numVertexs; ++j)
        {
            G->arc[i][j] = INFINITY;
        }
    }
    printf("请输入边\n");
    for (int i = 0; i < G->numEdges; ++i)
    {
        scanf("%d %d %d",&row, &column, &value);
        G->arc[row][column] = value;
        G->arc[column][row] = value; //无向图,若是有向图可以不添加
    }
}

void show(MGraph *g)
{
    for (int i = 0; i < g->numVertexs; ++i)
    {
        for (int j = 0; j < g->numVertexs; ++j)
        {
            printf("%7d",g->arc[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }
}

void shortestPath_Dijkstra(MGraph *g, int v)
{
    int len = g->numVertexs;
    int dis[len];
    int visited[len];
    int pre[len];
    int min, k;
    for (int i = 0; i < len; ++i)
    {
        dis[i] = g->arc[v][i];
        visited[i] = 0;
        pre[i] = 0;
    }
    dis[0] = 0;
    visited[0] = 1;
    for (int m = 1; m < len; ++m)
    {
        min = INFINITY;
        for (int j = 0; j < len; ++j)
        {
            if (!visited[j] && min > dis[j])
            {
                min = dis[j];
                k = j;
            }
        }
        visited[k] = 1;
        for (int i = 0; i < len; ++i)
        {
            if (!visited[i] && dis[i] > (min + g->arc[k][i]))
            {
                dis[i] = (min + g->arc[k][i]);
                pre[i] = k;
            }
        }
    }
    for (int i = 0; i < len; ++i)
    {
        printf("%d\t",dis[i]);
    }
}

int main()
{
    freopen("5.txt","r",stdin);
    MGraph *g = (MGraph*)malloc(sizeof(MGraph));
    CreateMGraph(g);
    shortestPath_Dijkstra(g,0);
    //show(g);
    return 0;
}

一共可以分为三个步骤

第一步,初始化,dis数组,初始化为所求点到各点的距离,dis[0]要赋为0,表示自己到自己的最短路径为0。visited数组赋为0,表示都没有找到最短路径,visited[0]赋为1.pre表示最短路径的此顶点的前一顶点。

第二步,找到距离起点最近的点k,并记录最小值。

第三步,第二步的最小值就是起点到k的最短路径,然后更新dis,看是否通过k点,比直接从起点走要近,如果近的话就进行更新,并且记录pre数组

循环二、三步。

5.txt:

9 14
A B C D E F G H I
0 1 10
0 5 11
1 2 18
1 6 16
1 8 12
2 3 22
2 8 8
3 4 20
3 7 16
3 8 21
4 5 26
4 7 7
5 6 17
6 7 19

Floyd

这是求多源最短路径的算法。当然也可以使用Dijkstra算法来对每个点求最短路径,能达到一样的效果,不过就不如Floyd算法简洁了。弗洛伊德是基于动态规划的思想。

#include<stdio.h>
typedef int EdgeType;
typedef char VertexType;
#define MAXVEX 100
#define INFINITY 65535

typedef struct
{
    VertexType vexs[MAXVEX];
    EdgeType arc[MAXVEX][MAXVEX];
    int numVertexs, numEdges;
}MGraph;

void CreateMGraph(MGraph *G)
{
    int row = 0, column = 0, value = 0;
    printf("请输入顶点数和边数\n");
    scanf("%d %d",&G->numVertexs, &G->numEdges);
    getchar();
    printf("请输入顶点\n");
    for (int i = 0; i < G->numVertexs; ++i)
    {
        scanf("%c",&G->vexs[i]);
        getchar();
    }
    for (int i = 0; i < G->numVertexs; ++i)
    {
        for (int j = 0; j < G->numVertexs; ++j)
        {
            G->arc[i][j] = INFINITY;
        }
    }
    printf("请输入边\n");
    for (int i = 0; i < G->numEdges; ++i)
    {
        scanf("%d %d %d",&row, &column, &value);
        G->arc[row][column] = value;
        G->arc[column][row] = value; //无向图,若是有向图可以不添加
    }
}

void show(MGraph *g)
{
    for (int i = 0; i < g->numVertexs; ++i)
    {
        for (int j = 0; j < g->numVertexs; ++j)
        {
            printf("%7d",g->arc[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }
}

void shortestPath_Floyd(MGraph *g)
{
    int len = g->numVertexs;
    int dis[len][len];
    int pre[len][len];
    for (int i = 0; i < len; ++i)
    {
        for (int j = 0; j < len; ++j)
        {
            pre[i][j] = j;
            if (i == j) {
                dis[i][j] = 0;
            }
            else
            {
                dis[i][j] = g->arc[i][j];
            }
        }
    }
    for (int k = 0; k < len; ++k)
    {
        for (int i = 0; i < len; ++i)
        {
            for (int j = 0; j < len; ++j)
            {
                if (dis[i][j] > (dis[i][k] + dis[k][j]))
                {
                    dis[i][j] = dis[i][k] + dis[k][j];
                    pre[i][j] = pre[i][k];
                }
            }
        }
    }
    for (int i = 0; i < len; ++i)
    {
        for (int j = 0; j < len; ++j)
        {
            printf("%d\t", dis[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }
    printf("\n\n");
    for (int i = 0; i < len; ++i)
    {
        for (int j = 0; j < len; ++j)
        {
            printf("%d\t", pre[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }
}

int main()
{
    freopen("5.txt","r",stdin);
    MGraph *g = (MGraph*)malloc(sizeof(MGraph));
    CreateMGraph(g);
    shortestPath_Floyd(g);
    //show(g);
    return 0;
}

思想就是判断顶点K在不在最短路径上,如果在最短路径上,就把他加入到pre中,并且更新最短路径。具体可以看这个视频

这就是对图论中最短路径的总结。

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