最短路径-迪杰斯特拉算法(Dijkstra) (简单讲解

 

现在给你一个深圳地铁图。小明从市民中心上车,计算他到深圳所有地铁站所需时间(简化每个站到下一个站只花2分钟)。这就是迪杰斯特拉算法干的事。

历史:Dijkstra thought about the shortest path problem when working at the Mathematical Center in Amsterdam in 1956 as a programmer to demonstrate capabilities of a new computer called ARMAC. His objective was to choose both a problem as well as an answer (that would be produced by computer) that non-computing people could understand. He designed the shortest path algorithm and later implemented it for ARMAC for a slightly simplified transportation map of 64 cities in the Netherlands (64, so that 6 bits would be sufficient to encode the city number).[1] A year later, he came across another problem from hardware engineers working on the institute's next computer: minimize the amount of wire needed to connect the pins on the back panel of the machine. As a solution, he re-discovered the algorithm known as Prim's minimal spanning tree algorithm (known earlier to Jarník, and also rediscovered by Prim).[5][6] Dijkstra published the algorithm in 1959, two years after Prim and 29 years after Jarník.。

大概意思就是D这个人呐在MC工作,他在检验当时一个叫ARMAC机的能力。他想设计一个问题和算法让普通人都能明白,于是拿起了荷兰64座城市地图。之后又做了一些事情,比如PRIM算法,以及利用这些算法解决了插接线的问题啥的。后来他在1959年就把这算法发表了。

代码:

#include <iostream> 

using namespace std; 
const int maxnum = 100; 
const int maxint = 999999; 
// 各数组都从下标1开始 

int dist[maxnum]; // 表示当前点到源点的最短路径长度 

int prev[maxnum]; // 记录当前点的前一个结点 

int c[maxnum][maxnum]; // 记录图的两点间路径长度 

int n, line; // 图的结点数和路径数 

// n -- n nodes 

// v -- the source node 

// dist[] -- the distance from the ith node to the source node 

// prev[] -- the previous node of the ith node 

// c[][] -- every two nodes' distance 

void Dijkstra(int n, int v, int *dist, int *prev, int c[maxnum][maxnum]) 
{ 
    //步骤1------------初始化-------------

bool s[maxnum]; // 判断是否已存入该点到S集合中 

   for(int i=1; i<=n; ++i) 
   { 

      dist[i] = c[v][i]; 
      s[i] = 0; // 初始都未用过该点 

       if(dist[i] == maxint) 
          prev[i] = 0; 
       else  
          prev[i] = v; 

   } 
   dist[v] = 0; 
   s[v] = 1; 

// 依次将未放入S集合的结点中,取dist[]最小值的结点,放入结合S中 
// 一旦S包含了所有V中顶点,dist就记录了从源点到所有其他顶点之间的最短路径长度 
// 注意是从第二个节点开始,第一个为源点 

   //-----------步骤2--找到最小的并纳入-------------
         //maxint 是无穷
         //v是0点
         //tmp是 找的最小点u的dis
         
   for(i=2; i<=n; ++i) 
   { 

        int tmp = maxint; 
        int u = v; 

            
       for(int j=1; j<=n; ++j) 
          if((!s[j]) && dist[j]<tmp) 
          { 
                u = j; // u保存当前邻接点中距离最小的点的号码 
                tmp = dist[j]; 
          } 
          s[u] = 1; // 表示u点已存入S集合中 

    //----------步骤3--更新dist------------------ 
          //u 是刚刚找到最小点
          //s 是并入集合
          //newdist,dist[u]+c[u][j] 是0-u点距离+u到个点距离
          //dist[j]是个0-点的距离
          //prev[j]是个点的前一点

          for(j=1; j<=n; ++j) 
              if((!s[j]) && c[u][j]<maxint) 
              { 

                     int newdist = dist[u] + c[u][j]; 
                     if(newdist < dist[j]) 
                     { 
                         dist[j] = newdist; 
                         prev[j] = u; 
                     } 

              } 
   } //步骤2,3重复n-1

} 

// 查找从源点v到终点u的路径,并输出 

void searchPath(int *prev,int v, int u) 
{ 
    int que[maxnum]; 
    int tot = 1; 
    que[tot] = u; 
    tot++; 
    int tmp = prev[u]; 
    
    while(tmp != v) 
    { 
      que[tot] = tmp; 
       tot++; 
      tmp = prev[tmp]; 

    } 
    que[tot] = v; 
    
    for(int i=tot; i>=1; --i) 
        if(i != 1) 
            cout << que[i] << " -> "; 
        else 
            cout << que[i] << endl; 

} 

int main() 
{ 
    freopen("input.txt", "r", stdin); 
    // 各数组都从下标1开始 
    // 输入结点数 
    cin >> n; 
    // 输入路径数 
    cin >> line; 
    
    int p, q, len; // 输入p, q两点及其路径长度 
    // 初始化c[][]为maxint 
    
    for(int i=1; i<=n; ++i) 
        for(int j=1; j<=n; ++j) 
            c[i][j] = maxint; 
        
        
        for(i=1; i<=line; ++i) 
        { 

           cin >> p >> q >> len; 
           if(len < c[p][q]) // 有重边 
           { 
               c[p][q] = len; // p指向q 
               c[q][p] = len; // q指向p,这样表示无向图 
           } 
        } 
        
        for(i=1; i<=n; ++i) 
            dist[i] = maxint; 
        
        for(i=1; i<=n; ++i) 
        { 
            for(int j=1; j<=n; ++j) 
                printf("%8d", c[i][j]); 
                 printf("
"); 
        } 
        Dijkstra(n, 1, dist, prev, c); 
        
        for(int k=1;k<n;k++)
        {
          // 最短路径长度 
          cout <<"源点到顶点"<<k+1<<" 的最短路径长度:" << dist[k+1] <<"  ";
          // 路径 
          cout <<"源点到顶点"<<k+1<<" 的路径为: "; 
           searchPath(prev, 1, k+1); 
        }


} 

例子:

算法步骤如下:

 

  1. 初使时令 S={V0},T={其余顶点},T中顶点对应的距离值

    若存在<V0,Vi>,d(V0,Vi)为<V0,Vi>弧上的权值

  若不存在<V0,Vi>,d(V0,Vi)为∝

    2. 从T中选取一个其距离值为最小的顶点W且不在S中,加入S

    3. 对T中顶点的距离值进行修改:若加进W作中间顶点,从V0到Vi的
         距离值比不加W的路径要短,则修改此距离值
 
     重复上述步骤2、3,直到S中包含所有顶点,即S=T为止

 

 初始化

S1纳入2(10最小)

S1纳入4(30最小)

S1纳入3(50最小)

S1纳入5(60最小)

2

10

10

10

10

10

3

无穷

10+50<无穷 60

30+20< 60  50

50

50

4

30

10+无穷>30  30

30

30

30

5

100

10+无穷>100 100

30+60<100  90

50+10<90  60

60

S1

{1}

{1,2}

{1,2,4}

{1,2,4,3}

{1,2,4,3,5}

S2

{2,3,4,5}

{3,4,5}

{3,5}

{5}

{}

dis

 

Dis2=10

Dis4=30

Dis3=50

Dis5=60

pre

Pre2=1

Pre4=1

Pre5=1

pre3=2

Pre3=4

Pre5=4

Pre5=3

 

原文地址:https://www.cnblogs.com/zzzPark/p/6060780.html