dijkstra迪杰斯特拉算法(邻接表法)

算法简易过程:

  •  迪杰斯特拉算法(朴素) O(n^2)
    G={V,E}   V:点集合   E:边集合
    初始化时 令 S={某源点ear}, T=V-S= {其余顶点},T中顶点对应的距离(ear, Vi)值
              若存在,d(ear,Vi)为弧上的权值, dist【i】
              若不存在,d(ear,Vi)为 无穷大, dist【i】
     循环 n - 1次(n个点):
      1、从T中选取一个与S中顶点 有关联边 且 权值最小 的顶点 pos,加入到 S中
          (这里使用 flag数组来确定 是否属于 S集合,true为属于)
          (等于是 每次 选取 T点集中 dist最小的顶点 作为 pos 加入 S,既 flag置为 true)
      2、对其余T中顶点Vi的距离值进行修改:若加进 pos 作中间顶点,从ear -> pos -> Vi 的距离值缩短,则   更新dist
          (等于是 找出所有 pos -> Vi 边(有边连接的), 再加上原来源ear -> pos 权重,对比dist数组,如果权重更小则更新 => 更新dist最短路径长度,更新prev数组 更新前驱顶点为pos)

求单源有向图最短路径

使用邻接表法来存储顶点和边,录入有向图

(当然也可以无向图,不过录入时要录入两次,比如 a b 3        b a 3)

dijkstra迪杰斯特拉算法(邻接表法)_第1张图片

 代码如下:

//
// Created by Giperx on 2022/11/27.
//
#include 
#include 
#include 
using namespace std;
#define INFINE 99999 // 定义最大
// 邻接表
struct ArcNode // 边信息
{
    int adjvex;//有向边的 目标顶点 下标(从1开始)
    int weight;//边的权值
    struct ArcNode *next; //邻接表,指向下一个邻接边信息
};

struct VertexNode // 顶点
{
    int vertex;//顶点下标(1 ~)
    ArcNode *firstedge;// 有向边信息节点指针(源为vertex)
};

struct AdjList // 图
{
    vector adjlist;//顶点数组
    int vexnum;  //顶点数 
    int arcnum;  //边数
};

// 图的初始化
void createGraph(AdjList& G){
    cout << "输入顶点数 边数:" << endl;
    cin >> G.vexnum >> G.arcnum;
    // 初始化G的顶点数组
    for(int i = 0; i <= G.vexnum; i ++){ // 下标从1开始,所以初始化vexnum + 1个顶点(0无作用)
        VertexNode* tmp = new VertexNode;
        tmp->vertex = i, tmp->firstedge = nullptr;
        G.adjlist.emplace_back(*tmp);
    }
    //边信息
    // n1:源顶点     n2:目标顶点   we:权重(距离)
    int n1, n2, we;
    cout << "输入边信息:(a b we):" << endl; // a -> b  weight: we
    for(int i = 0; i < G.arcnum; i ++){
        cin >> n1 >> n2 >> we;
        // 初始化一个边节点,目标顶点为n2
        ArcNode* tmp = new ArcNode;
        tmp->adjvex = n2, tmp->weight = we;
        // 头插法 将边信息节点插入
        // 节约时间(尾插要一直遍历到尾部插入)
        tmp->next = G.adjlist[n1].firstedge;
        G.adjlist[n1].firstedge = tmp;
    }
}

// 获取两顶点之间权重weight(距离)
int getWeight(AdjList& G, int n1, int n2){
    if(n1 == n2) return 0;

    ArcNode* tmp = G.adjlist[n1].firstedge;
    while(tmp){
        if(tmp->adjvex == n2) return tmp->weight;
        tmp = tmp->next;
    }
    // 两点之间没有边,返回INFINE
    return INFINE;
}

// 迪杰斯特拉算法(朴素)
//G={V,E}   V:点集合   E:边集合
//初始化时 令 S={某源点ear}, T=V-S= {其余顶点},T中顶点对应的距离(ear, Vi)值
//          若存在,d(ear,Vi)为弧上的权值, dist【i】
//          若不存在,d(ear,Vi)为 无穷大, dist【i】
// 循环 n - 1次(n个点):
//  从T中选取一个与S中顶点 有关联边 且 权值最小 的顶点 pos,加入到 S中
//      (这里使用 flag数组来确定 是否属于 S集合,true为属于)
//      (等于是 每次 选取 T点集中 dist最小的顶点 作为 pos 加入 S,既 flag置为 true)
//  对其余T中顶点Vi的距离值进行修改:若加进 pos 作中间顶点,从ear -> pos -> Vi 的距离值缩短,则 更新dist
//      (等于是 找出所有 pos -> Vi 边(有边连接的), 再加上原来源ear -> pos 权重,
//      对比dist数组,如果权重更小则更新 => 更新dist最短路径长度,更新prev数组 更新前驱顶点为pos)
void Dijkstra(AdjList& G, int ear, vector& prev, vector& dist){
    // 初始化
    // flag数组记录 某点是否纳入已找到点集合
    // prev数组记录 前驱顶点下标
    // dist数组记录 从源顶点ear 到 i顶点的最短路径
    vector flag (G.adjlist.size() + 1, false);
    for(int i = 1; i <= G.vexnum; i ++) dist[i] = getWeight(G, ear, i), prev[i] = ear;
    flag[ear] = true, prev[ear] = 0;
    // 开始
    for(int i = 2; i <= G.vexnum; i ++){
        int pos = 1; // 未纳入的距离最小的顶点
        int weiMin = INFINE;
        for(int j = 1; j <= G.vexnum; j ++){
            if(!flag[j] && dist[j] < weiMin){
                weiMin = dist[j], pos = j;
            }
        }

        flag[pos] = true;
        for(int j = 1; j <= G.vexnum; j ++){
            if(!flag[j]){ // 未纳入点集中,找到pos到这些点的距离,与dist数组比较是否更新
                int tmpWei = getWeight(G, pos, j);
                if(tmpWei != INFINE) tmpWei = tmpWei + weiMin; // 两点距离应该为ear -> pos -> j
                if(tmpWei < dist[j]) {
                    dist[j] = tmpWei; // 距离更小则更新dist
                    prev[j] = pos; // 前顶点更新为pos
                }
            }
        }
    }

}

// 找路径
void pathDist(vector& prev, vector& dist, int ear){
    // prev数组中为1有2种情况(djikstra初始化过程的时候全赋值为1,后续一直未改变):
    // 1:从ear到 顶点 只有 ear -> 顶点 这一条路最短
    // 2:无法从ear到达的顶点
    for(int i = 1; i <= prev.size() - 1; i ++){
        stack trace;
        if(ear == i) continue;
        cout << ear << " 到 " << i ;
        // 无连通
        if(dist[i] == INFINE) {
            cout << "无连通" << endl;
            continue;
        }
        cout << "最短距离:" << dist[i] << "  最短路径:";
        int tmp = i;
        while(tmp){ //  源顶点prev是0
            trace.push(tmp);
            tmp = prev[tmp];
        }
        // 开始出栈, 栈顶一定是ear源顶点
        cout << trace.top();
        trace.pop();
        while(!trace.empty()){
            cout << " -> " << trace.top();
            trace.pop();
        }
        cout << endl;
    }
}
int main(){
    AdjList G;
    createGraph(G);
    // prev数组记录 前驱顶点下标
    vector prev (G.vexnum + 1, 0);
    // dist数组记录 从源顶点ear 到 i顶点的最短路径
    vector dist (G.vexnum + 1, INFINE);
    // 从源点ear 出发,到达其余所有点的最短路径
    cout << "输入源顶点ear:";
    int ear;
    cin >> ear;
    Dijkstra(G, ear,prev, dist);
    pathDist(prev, dist, ear);
//    for(int &x:prev) cout << x << ' ';
//    for(int &x:dist) cout << x << ' ';
    return 0;
}

测试如下:

dijkstra迪杰斯特拉算法(邻接表法)_第2张图片

dijkstra迪杰斯特拉算法(邻接表法)_第3张图片dijkstra迪杰斯特拉算法(邻接表法)_第4张图片 

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