很久以前便想做做K短路了。只是无奈鄙人这苦逼的小菜啊~。
首先讲讲A*算法吧。众所周知,A*算法就是启发式搜索,基本形式就是这样:f(x)=g(x)+h(x);其中f(x)代表在x点所需要的总代价,而g(x)代表:从源点到x点已经耗费的实际代价,h(x)代表从x到终点需要的估计代价,这个函数是一个估计值.而从x到终点真正需要的代价为h*(x),在整个启发式搜索中我们必须保证h(x)<=h*(x);不然的话会由于对当前的估价值过高,则会引起答案的错误。构建A*的关键在于准确的规划一个h(x)函数,使得接近h*(x),这样的搜索会使得答案又快又准。可以想象h(x)过小会使得解空间过大,这样搜索出来的结果会很准确但是速度太慢,而对h(x)的过高估计,即估计代价太大会使得结果不准确。
这样我们可以理解了BFS的搜索过程,BFS的搜索过程中没有考虑到h(x)的估计代价,也就是说h(x)=0,只考虑g(x)的实际代价。这样根据实际代价来进行搜索,虽然可以说是很恶心的A*,同样地我们可以知道,BFS的解空间确实很大。
第一次写A*,目前只会应用在K短路上。不过也有点感觉了,关键在于h(x)的设计!
谈具体的实现:
首先我们在解空间取出的就是f(x)最小的,这样我们就要运用到优先队列了。这里提供一个使用C++系统优先队列的方法:
#include<queue> struct Q{ int g,h; bool operator<( Q a )const { return a.g+a.h<g+h; } } priority_queue<Q>queue; Q b; queue.push(b);C++的STL中自带了优先队列,通过重载运算法"<",可以实现我们需要的对f(x)的自动维护。
描述一下怎样用启发式搜索来解决K短路。
首先我们知道A*的基础公式:f(x)=g(x)+h(x);对h(x)进行设计,根据定义h(x)为当前的x点到目标点t所需要的实际距离。也就是说x->t距离,由于有很多的节点都是到t的距离,为了计算这个估计值,当然必须先算出x->t的最短路径长度。显然x的值很多而t的值只有一个,对每个x去求单源点最短路径当然不划算!于是反过来做,从t点出发到其他点的单源点最短路径,这样吧估价函数h(x)都求出来,注意这样求出来的h(x)=h*(x);
然后就可以对构造完的h(x)开始启发式搜索了。
首先的点当然就是定义头结点了,头结点的已消耗代价为0,估计代价为h[s],下一个点为v;进入队列,开始for循环。每次取出队头的f(x)最小的节点对其他节点进行拓展。对当前节点的拓展次数++,若当前节点的拓展次数超过K,显然不符合要求,则不进行拓展。若对t节点的拓展次数恰好为K,则找到了所需要的。对当前节点的拓展次数即为到当前节点的第几短路。找到需要节点的K短路后,返回g(t)即可,也就是通过K次拓展的实际消耗的长度。
在for循环中的入队情况:当前节点的可拓展所有边,的所有状态都入队,当前节点到拓展节点的实际代价为当前节点的实际代价+两节点之间的边长。下个节点就是拓展节点,估计函数的值则为拓展节点到目标节点的距离h(x);
下面是解决的Code:
#include<iostream> #include<cstdio> #include<queue> #define MAXN 1005 #define MAXM 200100 using namespace std; struct Node{ int v,c,nxt; }Edge[MAXM]; int head[MAXN]; int tail[MAXN]; int h[MAXN]; struct Statement { int v,d,h; bool operator <( Statement a )const { return a.d+a.h<d+h; } }; void addEdge( int u,int v,int c,int e ) { Edge[e<<1].v=v; Edge[e<<1].c=c; Edge[e<<1].nxt=head[u]; head[u]=e<<1; Edge[e<<1|1].v=u; Edge[e<<1|1].c=c; Edge[e<<1|1].nxt=tail[v]; tail[v]=e<<1|1; return ; } void Dijstra( int n,int s,int t ) { bool vis[MAXN]; memset( vis,0,sizeof(vis) ); memset( h,0x7F,sizeof(h) ); h[t]=0; for( int i=1;i<=n;i++ ) { int min=0x7FFF; int k=-1; for( int j=1;j<=n;j++ ) { if( vis[j]==false && min>h[j] ) min=h[j],k=j; } if( k==-1 )break; vis[k]=true; for( int temp=tail[k];temp!=-1;temp=Edge[temp].nxt ) { int v=Edge[temp].v; if( h[v]>h[k]+Edge[temp].c ) h[v]=h[k]+Edge[temp].c; } } } int Astar_Kth( int n,int s,int t,int K ) { Statement cur,nxt; //priority_queue<Q>q; priority_queue<Statement>FstQ; int cnt[MAXN]; memset( cnt,0,sizeof(cnt) ); cur.v=s; cur.d=0; cur.h=h[s]; FstQ.push(cur); while( !FstQ.empty() ) { cur=FstQ.top(); FstQ.pop(); cnt[cur.v]++; if( cnt[cur.v]>K ) continue; if( cnt[t]==K )return cur.d; for( int temp=head[cur.v];temp!=-1;temp=Edge[temp].nxt ) { int v=Edge[temp].v; nxt.d=cur.d+Edge[temp].c; nxt.v=v; nxt.h=h[v]; FstQ.push(nxt); } } return -1; } int main() { int n,m; while( scanf( "%d %d",&n,&m )!=EOF ) { int u,v,c; memset( head,0xFF,sizeof(head) ); memset( tail,0xFF,sizeof(tail) ); for( int i=0;i<m;i++ ) { scanf( "%d %d %d",&u,&v,&c ); addEdge( u,v,c,i ); } int s,t,k; scanf( "%d %d %d",&s,&t,&k ); if( s==t ) k++; Dijstra( n,s,t ); printf( "%d\n",Astar_Kth( n,s,t,k ) ); } return 0; }
1.学会了用数组来定义链表,
2.使用STL的优先队列
3.A*搜索的初步理解
4.K短路的一种求解方法。
:)