最短路径算法——Floyd算法

最短路径算法——Floyd算法

Floyd算法是以它的创始人之一斯坦福大学计算机科学系的罗伯特·弗洛伊德教授名字命名的一种算法。它是一种利用动态规划的思想寻找给定的加权图中多源点之间最短路径的算法,采用带权邻接矩阵表示的图,通过一个三重循环,产生一个存储每个结点最短距离的矩阵。
众所周知,两个顶点的最短距离会出现以下3种情况:
(1) 最短路径为两个顶点之间的直达路径。
(2) 最短路径为两个顶点之间通过一个中间点相连以后的距离最短。
(3) 最短路径为两个顶点之间通过两个以上的中间顶点相连以后而得到的距离最短。
以下是我用C写的一个Floyd算法内容,main函数和其他函数架构请根据需要自行补全:

#define place_num 地点数;
int w,m,n;
int map[place_num] [place_num]={…};
int path[place_num] [place_num];
…
for(m=0;m< place_num;m++)
{
for(n=0;n< place_num;n++)
{
path[m][n] = n;
}
}
…
//Floyd算法
for(w=0; w

通过上述程序片段可见,Floyd算法很简单,就是一个三重for循环,可以很方便运用到其他各大语言如JAVA、Python等中去。
其中,place_num表示地点数也就是map方阵的阶数,map方阵中存放的是这place_num个地点之间两两互相到达对方的最短的距离,w表示的是以w为中转点,m,n分别表示目的起点和目的终点。
假设w=0时,经过map [m][w]+ map [w][n]n的直接最短距离没有m->w->n的直接最短距离短。因此通过map [m][n] = map [m][w] + map [w][n]将m与n通过w作为中转点得到的最短距离存入map [m][n]中去来表示m->n现在的最短距离。因此,经过m和n两重循环,我们就可得到存放了以w=0作为中转点的最短距离方阵map。其中,map存放的最短距离也必为以下两种情况:m->n和m->0->n。
同理可得w=1时,经过m和n两重循环,我们就可得到存放了以w=0作为中转点后以w=1作为中转点的最短距离方阵map。其中,map存放的最短距离也必为以下情况:m->n、m->0->n、m->1->n、m->1->0->n和m->0->1->n。其中m->1->0->n这种情况的出现是因为w=0时,1->n的直接最短距离没有1->0->n的直接最短距离短而形成。同理,m->0->1->n这种情况的出现是因为w=0时,m->1的直接最短距离没有m->0->1的直接最短距离短而形成。
……
因此,经过w循环,我们最终可得到真正意义上的最短距离place_num阶方阵map。
至于,path方阵,则是用来存放路径所经过的端点顺序。通过path[m][n] = path[m][w]这条语句,我们就能成功实现path[m][n]中存放m到n的最短路径中的第一个中转点。当然,若m->n的最短路径中不存在中转点path[m][n] =n。
假设w=0时,经过m和n两重循环,当map中存放的最短距离为m->0->n这一情况时,path[m][n]=0。
同理w=1时,经过m和n两重循环,我们得到存放最短距离方阵map中:
m->n path[m][n]=n
m->0->n path[m][n]=0
m->1->n path[m][n]=1
m->1->0->n path[m][n]=1 path[1][n]=0
m->0->1->n path[m][n]=0 path[0][n]=1
……
因此,经过w循环,我们最终可得到存放路径所经过的端点顺序的place_num阶方阵path。通过下述代码即可输出m到n的最短距离路径:

w = path[m][n];
printf("%d ",m);
while(w!=n){printf("-> %d ",w);w = path[w][n];}
printf("-> %d ", n);

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