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SPFA算法——最短路径
阅读量:6690 次
发布时间:2019-06-25

本文共 2182 字,大约阅读时间需要 7 分钟。

 

粗略讲讲SPFA算法的原理,SPFA算法是1994年西安交通大学段凡丁提出

是一种求单源最短路的算法

算法中需要用到的主要变量

int n;  //表示n个点,从1到n标号

int s,t;  //s为源点,t为终点

int d[N];  //d[i]表示源点s到点i的最短路

int p[N];  //记录路径(或者说记录前驱)

queue <int> q;  //一个队列,用STL实现,当然可有手打队列,无所谓

bool vis[N];   //vis[i]=1表示点i在队列中 vis[i]=0表示不在队列中

 

几乎所有的最短路算法其步骤都可以分为两步

1.初始化

2.松弛操作

 

初始化: d数组全部赋值为INF(无穷大);p数组全部赋值为s(即源点),或者赋值为-1,表示还没有知道前驱

             然后d[s]=0;  表示源点不用求最短路径,或者说最短路就是0。将源点入队;

    (另外记住在整个算法中有顶点入队了要记得标记vis数组,有顶点出队了记得消除那个标记)

队列+松弛操作

读取队头顶点u,并将队头顶点u出队(记得消除标记);将与点u相连的所有点v进行松弛操作,如果能更新估计值(即令d[v]变小),那么就更新,另外,如果点v没有在队列中,那么要将点v入队(记得标记),如果已经在队列中了,那么就不用入队

以此循环,直到队空为止就完成了单源最短路的求解

 

SPFA可以处理负权边

定理: 只要最短路径存在,上述SPFA算法必定能求出最小值。

证明:

  每次将点放入队尾,都是经过松弛操作达到的。换言之,每次的优化将会有某个点v的最短路径估计值d[v]变小。所以算法的执行会使d越来越小。由于我们假定图中不存在负权回路,所以每个结点都有最短路径值。因此,算法不会无限执行下去,随着d值的逐渐变小,直到到达最短路径值时,算法结束,这时的最短路径估计值就是对应结点的最短路径值。(证毕)

期望的时间复杂度O(ke), 其中k为所有顶点进队的平均次数,可以证明k一般小于等于2。

 

判断有无负环:

  如果某个点进入队列的次数超过N次则存在负环(SPFA无法处理带负环的图)

 

 

 

SPFA的两种写法,bfs和dfs,bfs判别负环不稳定,相当于限深度搜索,但是设置得好的话还是没问题的,dfs的话判断负环很快

 

int spfa_bfs(int s){    queue 
q; memset(d,0x3f,sizeof(d)); d[s]=0; memset(c,0,sizeof(c)); memset(vis,0,sizeof(vis)); q.push(s); vis[s]=1; c[s]=1; //顶点入队vis要做标记,另外要统计顶点的入队次数 int OK=1; while(!q.empty()) { int x; x=q.front(); q.pop(); vis[x]=0; //队头元素出队,并且消除标记 for(int k=f[x]; k!=0; k=nnext[k]) //遍历顶点x的邻接表 { int y=v[k]; if( d[x]+w[k] < d[y]) { d[y]=d[x]+w[k]; //松弛 if(!vis[y]) //顶点y不在队内 { vis[y]=1; //标记 c[y]++; //统计次数 q.push(y); //入队 if(c[y]>NN) //超过入队次数上限,说明有负环 return OK=0; } } } } return OK;}

 

int spfa_dfs(int u){    vis[u]=1;    for(int k=f[u]; k!=0; k=e[k].next)    {        int v=e[k].v,w=e[k].w;        if( d[u]+w < d[v] )        {            d[v]=d[u]+w;            if(!vis[v])            {                if(spfa_dfs(v))                    return 1;            }            else                return 1;        }    }    vis[u]=0;    return 0;}

 

 

转载于:https://www.cnblogs.com/scau20110726/archive/2012/11/18/2776124.html

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