一、最短路径
①在非网图中,最短路径是指两顶点之间经历的边数最少的路径。
AE:1 ADE:2 ADCE:3 ABCE:3
②在网图中,最短路径是指两顶点之间经历的边上权值之和最短的路径。
AE:100 ADE:90 ADCE:60 ABCE:70
③单源点最短路径问题
问题描述:给定带权有向图G=(V, E)和源点v∈V,求从v到G中其余各顶点的最短路径。
应用实例——计算机网络传输的问题:怎样找到一种最经济的方式,从一台计算机向网上所有其它计算机发送一条消息。
④每一对顶点之间的最短路径
问题描述:给定带权有向图G=(V, E),对任意顶点vi,vj∈V(i≠j),求顶点vi到顶点vj的最短路径。
解决办法1:每次以一个顶点为源点,调用Dijkstra算法n次。显然,时间复杂度为O(n3)。 解决办法2:弗洛伊德提出的求每一对顶点之间的最短路径算法——Floyd算法,其时间复杂度也是O(n3),但形式上要简单些。
①基本思想:设置一个集合S存放已经找到最短路径的顶点,S的初始状态只包含源点v,对vi∈V-S,假设从源点v到vi的有向边为最短路径。以后每求得一条最短路径v, …, vk,就将vk加入集合S中,并将路径v, …, vk , vi与原来的假设相比较,取路径长度较小者为最短路径。重复上述过程,直到集合V中全部顶点加入到集合S中。
②设计数据结构 :
1、图的存储结构:带权的邻接矩阵存储结构 。
2、数组dist[n]:每个分量dist[i]表示当前所找到的从始点v到终点vi的最短路径的长度。初态为:若从v到vi有弧,则dist[i]为弧上权值;否则置dist[i]为∞。
3、数组path[n]:path[i]是一个字符串,表示当前所找到的从始点v到终点vi的最短路径。初态为:若从v到vi有弧,则path[i]为vvi;否则置path[i]空串。
4、数组s[n]:存放源点和已经生成的终点,其初态为只有一个源点v。
③Dijkstra算法——伪代码
1. 初始化数组dist、path和s; 2. while (s中的元素个数<n) 2.1 在dist[n]中求最小值,其下标为k; 2.2 输出dist[j]和path[j]; 2.3 修改数组dist和path; 2.4 将顶点vk添加到数组s中;
①基本思想:对于从vi到vj的弧,进行n次试探:首先考虑路径vi,v0,vj是否存在,如果存在,则比较vi,vj和vi,v0,vj的路径长度,取较短者为从vi到vj的中间顶点的序号不大于0的最短路径。在路径上再增加一个顶点v1,依此类推,在经过n次比较后,最后求得的必是从顶点vi到顶点vj的最短路径。
②设计数据结构
1、图的存储结构:带权的邻接矩阵存储结构 。
2、数组dist[n][n]:存放在迭代过程中求得的最短路径长度。迭代公式:
3、数组path[n][n]:存放从vi到vj的最短路径,初始为path[i][j]="vivj"。