求最短路径之——Floyd算法

要求有向网中每两个顶点之间的最短距离,用Dijkstra算法的话,只需要将每个顶点都作为一次源点就可以,用Floyd算法的话,虽然在时间复杂度上和Dijkstra算法一样,但是形式上更为简便,整体性更好。下面是代码:

文件"graph.h"

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;

const int MAX=99999;
const int MAX_VEX_NUM=20;
class MGraph
{
private:
	string vexs[MAX_VEX_NUM];//顶点数组
	int arcs[MAX_VEX_NUM][MAX_VEX_NUM];//邻接矩阵
	int vexnum;//顶点数
	int arcnum;//边数
public:
	void Create_MG()
	{
		int i,j,k;
		cout<<"输入图的顶点数和边数:";
		cin>>vexnum>>arcnum;
		cout<<"输入各个顶点的民称:";
		for(i=0;i<vexnum;i++)
			cin>>vexs[i];
		
		for(i=0;i<vexnum;i++)
			for(int j=0;j<vexnum;j++)
				arcs[i][j]=MAX;
		//上面是初始化邻接矩阵
		
		for(k=0;k<arcnum;k++)
		{
			cout<<"输入每条边对应的始点和终点以及该边的权值:";
			string v1,v2;
			int w;
			cin>>v1>>v2>>w;
			i=Locate_Vex(v1);
			j=Locate_Vex(v2);			
		
			while(i<0|| i>vexnum-1 || j<0 || j>vexnum-1)
			{
				cout<<"结点位置输入错误,重新输入: ";
				cin>>v1>>v2>>w;
				i=Locate_Vex(v1);
				j=Locate_Vex(v2);	
			}
			
			arcs[i][j]=w;
		}
		cout<<"图构造完成"<<endl;
	}

	int Locate_Vex(string x)  //用于确定顶点在顶点数组中的位置
	{
		for(int k=0;vexs[k]!=x;k++);
		return k;
	}

	/*------------------------------------------------------------------
	/
	/ 弗洛伊德(Floyd)算法:求有向网中每两个顶点之间的距离
	/ 第一次,判别(Vi,Vo)和(Vo,Vj),即判断vi->vo->vj路径是否存在,若存在
	/ 则比较vi->vj 和 vi->vo->vj的长度,短的作为vi到vj的之间顶点的序号
	/ 不大于0的最短路径。第二次,再增加一个顶点v1,也就是说,如果(vi,..,v1)	
	/ 和(v1,..,vj)分别是当前找到的中间顶点序号不大于0的最短路径,那么
	/ (vi,...,v1,...,vj)就有可能是从vi到vj的中间顶点 不大于1的最短路径。将
	/ 它和已经得到的从vi到vj的中间顶点不大于0的最短路径比较,短的为从vi
	/ 到vj的中间顶点不大于1的最短路径。第三次,在增加一个顶点v2,继续比较。
	/ 依此类推,在经过n次这样的比较之后,最后求得的就是vi到vj的最短路径。
	/
	/------------------------------------------------------------------*/

	void Floyd_Short_Path(int path[20][20],int Dist[20][20])
	{
		//Dist[v][w]保存从顶点v到w的最短路径长度
		//path[v][w]保存到达w的前一个顶点

		for(int v=0;v<vexnum;v++)
			for(int w=0;w<vexnum;w++)
			{
				Dist[v][w]=arcs[v][w];
				if(Dist[v][w]<MAX)
					path[v][w]=v;
				else
					path[v][w]=-1;
			}
		for(int u=0;u<vexnum;u++)
			for(int v=0;v<vexnum;v++)
				for(int w=0;w<vexnum;w++)
					if(v!=w && Dist[v][u]+Dist[u][w]<Dist[v][w])
					{
						Dist[v][w]=Dist[v][u]+Dist[u][w];
						path[v][w]=path[u][w];
					}
	}

	//下面输出两顶点间最短路径的过程的算法,是利用了path[][]数组的特点,进行逆序输出
	void Print(int path[20][20],int Dist[20][20])
	{
		cout<<"___输出每两个顶点之间的最短路径和经过的顶点___"<<endl;
		int j,a[10],c;
		for(int v=0;v<vexnum;v++)
			for(int w=0;w<vexnum;w++)	
				if(Dist[v][w]<MAX)
				{
					cout<<"顶点"<<vexs[v]<<"到顶点"<<vexs[w]<<"的最短路径长为"<<Dist[v][w]<<endl;
					cout<<"经过的顶点为:";
					j=w;
					c=0;
					while(path[v][j]!=-1)
					{
						a[c]=path[v][j];
						j=path[v][j];
						c++;
					}
					for(j=c-1;j>=0;j--)
						cout<<vexs[a[j]]<<"->";
					cout<<vexs[w]<<endl;
				}
	}
};

测试文件"main.cpp"

#include"graph.h"

int main()
{
	MGraph G;
	G.Create_MG();

	int Dist[20][20];
	int path[20][20];

	cout<<"求有向网中没两个顶点之间的最短路径"<<endl;
	G.Floyd_Short_Path(path,Dist);
	cout<<endl;

	G.Print(path,Dist);
	cout<<endl;

	return 0;
}
	

下面是输入和输出结果:

输入图的顶点数和边数:6 8
输入各个顶点的民称:v1 v2 v3 v4 v5 v6
输入每条边对应的始点和终点以及该边的权值:v1 v3 10
输入每条边对应的始点和终点以及该边的权值:v1 v5 30
输入每条边对应的始点和终点以及该边的权值:v1 v6 100
输入每条边对应的始点和终点以及该边的权值:v2 v3 5
输入每条边对应的始点和终点以及该边的权值:v3 v4 50
输入每条边对应的始点和终点以及该边的权值:v5 v4 20
输入每条边对应的始点和终点以及该边的权值:v4 v6 10
输入每条边对应的始点和终点以及该边的权值:v5 v6 60
图构造完成
求有向网中没两个顶点之间的最短路径

___输出每两个顶点之间的最短路径和经过的顶点___
顶点v1到顶点v3的最短路径长为10
经过的顶点为:v1->v3
顶点v1到顶点v4的最短路径长为50
经过的顶点为:v1->v5->v4
顶点v1到顶点v5的最短路径长为30
经过的顶点为:v1->v5
顶点v1到顶点v6的最短路径长为60
经过的顶点为:v1->v5->v4->v6
顶点v2到顶点v3的最短路径长为5
经过的顶点为:v2->v3
顶点v2到顶点v4的最短路径长为55
经过的顶点为:v2->v3->v4
顶点v2到顶点v6的最短路径长为65
经过的顶点为:v2->v3->v4->v6
顶点v3到顶点v4的最短路径长为50
经过的顶点为:v3->v4
顶点v3到顶点v6的最短路径长为60
经过的顶点为:v3->v4->v6
顶点v4到顶点v6的最短路径长为10
经过的顶点为:v4->v6
顶点v5到顶点v4的最短路径长为20
经过的顶点为:v5->v4
顶点v5到顶点v6的最短路径长为30
经过的顶点为:v5->v4->v6

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所生成的有向网如下:

求最短路径之——Floyd算法_第1张图片

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