算法学习之Floyd-warshall多源最短路问题

一.问题描述

给定一个图,求任意两点间的最短距离

二.输入样例

4 8
1 2 2
1 3 6
1 4 4
2 3 3
3 1 7
3 4 1
4 1 5
4 3 12

三.算法分析

本问题可应用FW算法,下面先不说算法是怎么实现的,先分析一下这个问题怎么解决。

     首先,可以这么想,任意两点之间的最短距离无非就三种情况

     第一种 最短距离就是两点间的直接距离即map[i][j]

     第二种 经过第三点之后最短路径为 i->k->j 距离即是 map[i][k]+map[k][j]

     第三种 经过多个点之后最短路径为 i->k1->k2->k3->....kx->j 距离即是map[i][k1]+map[k1][k2]......+map[kx][j]

在这种思路的引导下我们就要去思考对于任意的i j如何去有序的去经过这三种情况找到最优解,FW算法便是给出了这样一个顺序,在FW算法中这三种情况并不是分离的而是相容的,其实某种程度上来说这就是一种遍历的策略,首先引入k1用map[i][k1]+map[k1][j]map[i][j]进行比较,取小的那个做为map[i][j]的值,之后再引入k2,再用map[i][k2]+map[k2][j]和map[i][j]进行比较,注意这时候的map[i][j]的值和map[i][k2]+map[k2][j]的值并不简单的是map[i][j] 的原值而可能是经过了k1(当经过k1的距离较短时)的值,map[i][k2]的值也是如此,所以就达到了i->k1->k2->j的效果。

当然我们还可以从动态规划的角度来看这个解决方法,动态规划也是一种解决最短路问题中时常用到的思路,思想可在《数学之美》中有所提及,在这道题中我们将每个点的使用当做阶段,而map[i][j]当做状态,我们要解决的问题就是找到最短的路径使得map[i][j]最小,如果和之前很简单的这种情况来比较,首先我们没有清晰的阶段划分算法学习之Floyd-warshall多源最短路问题_第1张图片

实现代码

//
//  main.cpp
//  floyd-warshall
//
//  Created by 张嘉韬 on 16/3/14.
//  Copyright © 2016年 张嘉韬. All rights reserved.
//

#include <iostream>
#include <cstring>
#include <cmath>
using namespace std;
int const maxn=99999999;
int map[50][50];
int main(int argc, const char * argv[]) {
    freopen("/Users/zhangjiatao/Desktop/input.txt","r",stdin);
    int n,m,tempi,tempj,dis;
    cin>>n>>m;
    for(int i=1;i<=n;i++)
        for(int j=1;j<=n;j++)
        {
            if(i==j)map[i][j]=0;
            else map[i][j]=maxn;
        }
    for(int i=1;i<=m;i++)
    {
        cin>>tempi>>tempj>>dis;
        map[tempi][tempj]=dis;
    }
    for(int i=1;i<=n;i++)
    {
        for(int j=1;j<=n;j++)
        { cout<<map[i][j]<<" ";}
        cout<<endl;
    }
    for(int k=1;k<=n;k++)
    {
        for(int i=1;i<=n;i++)
        {
            for(int j=1;j<=n;j++)
            {
                if(map[i][k]+map[k][j]<map[i][j]) map[i][j]=map[i][k]+map[k][j];
            }
        }
    }
    for(int i=1;i<=10;i++) cout<<"*";
    cout<<endl;
    for(int i=1;i<=n;i++)
    {
        for(int j=1;j<=n;j++)
        { cout<<map[i][j]<<" ";}
        cout<<endl;
    }
    return 0;
}



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