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普及组集训--图论最短路径

定义:E_{u,v}表示顶点u到顶点v的一条边的权值(边权)

最短路径算法有常见的四种:floyd,dijkstra,Bellman-Ford,SPFA

不过Bellman-Ford并不常用,所以本文不提;

重点在于dijkstra,spfa;

floyd(O(n^3))

思想是对所有边进行松弛操作。

code:

for(int k=1;k<=n;k++){
for(int i=1;i<=n;i++){
for(int j=1;j<=n;j++){
f[i][j]=min(f[i][j],f[i][k]+f[k][j]);//松弛操作 
}
}
}

代码解读:

可以把k理解为E_{i,j}的中转点,而后E_{i,j}=min(E_{i,j},E_{i,k}+E_{k,j})

故:\sum_{k=1}^{n}\sum_{i=1}^{n}\sum_{j=1}^{n}E_{i,j}=min(E_{i,j},E_{i,k}+E_{k,j})描述不太严谨

形象一些:

上图即为所有最短路径算法的普遍思想。

dijkstra(O(n^2+m))

把节点分为两个集合,一是以确定的出现在最短路径上的点集合,记为S;二是没确定的节点记为集合T,一开始所有点都属于T集合。其实就是著名的蓝白点思想可以去百度搜一搜。

code:

//无向图邻接矩阵存图;
for(int i=1;i<=n;i++){
dis[i]=f[s][i];//dis[i]=E(s,i)
} 
for(int i=1;i<=n-1;i++){//枚举中转点 
k=0;
minl=0x3ffffff;//初始为无穷 
for(int j=1;j<=n;j++){
if(!vis[j]&&dis[j]<minl){
minl=dis[j];
k=j;
}
}
if(k==0)break;//没找到中转点直接退出 
vis[k]=1;//标为白点 
for(int j=1;j<=n;j++){
dis[j]=min(dis[j],dis[k]+f[k][j]);//松弛操作 
}
}
return dis[e];//min(E(s,e))

SPFA(O(KE) or O(nm)) 

 关于复杂度: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;

SPFA就是Bellman-Ford的一种实现方式,使用了队列优化让复杂度变低

spfa也会用到松弛操作。

前置芝士:链式前向星
//用链式前向星来存图
void add(int a,int b,int c){//从a到b的一条边权为c的边 
to[++cnt]=b;
val[cnt]=c;
nxt[cnt]=h[a];
h[a]=cnt;
} 

 code:

queue<int>q;//队列
void spfa(){
for(int i=1;i<=n;i++){
dis[i]=0x3fffff;//初始为无穷 
}
dis[s]=0;
vis[s]=1;
q.push(s);//入队(把源点加入队列) 
while(!q.empty()){
int u=q.front();
q.pop;//弹出队列 
vis[u]=0;//没被加入队列过 
for(int i=h[u];~i;i=nxt[i]){//找h[u]的所有连边进行松弛操作 
if(dis[u]+val[i]<dis[to[i]]){
dis[to[i]]=dis[u]+val[i];//对该边进行松弛操作 
if(!vis[to[i]]){//若没有加入队列 
q.push(to[i]);//加入队列 
vis[to[i]]=1;//标记为已经加入队列(白点) 
}
}
}
}
} 

 在随机数据下spfa直接封神。

但如果不是随机数据,且有一堆特殊情况而且数据毒瘤,要设置分层图时,不要用spfa


原文地址:https://blog.csdn.net/2301_78836126/article/details/144167014

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