一鬓椭、概述
當我們要求一個帶權有向圖中的所有點對的最短路徑時蒿讥,我們或許想到之前學的Dijkstra算法溉浙,但這個算法是算一個點到其他點的最短距離的萍歉,如果要求所有點對的最短路徑,我們需要對每一個點都是用這個算法光戈,時間復雜度是O(N^3)
我們給出另外一個算法控硼,FloydWarshall算法漱牵,雖然時間復雜度也為O(N^3)暇仲,但形式會簡單許多步做。其主要依賴于鄰接矩陣的更新來獲得最小值
二、實現方法
對于一個給定的圖奈附,我們初始化一個鄰接矩陣dist全度,表示的是與節(jié)點直接相連(或到達節(jié)點只需走一條邊)的節(jié)點的距離值,還有一個path數據表示從某節(jié)點到這個節(jié)點的距離路徑桅狠。
這兩個矩陣是一一對應的讼载。
第一次迭代,我們考察兩個節(jié)點經轉另一個節(jié)點后的距離是否會縮短中跌,我們先看經轉a節(jié)點,經過循環(huán)發(fā)現c經轉a到b的距離可以縮短菇篡,于是我們更新兩個數組
第二次迭代漩符,我們經轉b,于是發(fā)現a經轉b到c可縮短驱还,更新
第三次嗜暴,經轉c,發(fā)現可以议蟆,更新之
小練習
答案
三闷沥、規(guī)律
拿第一次迭代做例子,我們發(fā)現dist數組的更新是有規(guī)律可循的咐容,就用之前的數組的 i j 的值比較i 與 k (這里的k是我們之前說的經轉的節(jié)點舆逃,剛好和下表對上)、k 和 j 的距離之和的值,
取小的那一個放入新的距離數組
我們發(fā)現路狮,這個規(guī)律應該是正確的虫啥,于是可以總結如下:
注:arc矩陣是鄰接矩陣
以下有代碼實現。
偽代碼:
可見奄妨,我們更新數組的過程涂籽,需要有3重循環(huán),第一重是依次對中轉節(jié)點的選擇砸抛,第二评雌、三重是循環(huán)二維數組,里面的代碼就是對距離進行判斷并進行更新直焙。
使用數字表示path數組
當然景东,我們可以不用字符串來表明最短路徑,我們可以用數字來直接表示箕般。
然后我們進行第一次迭代,雖然矩陣沒變化丝里,但這個矩陣的意義是發(fā)生變化了的曲初,因為經轉了 1 節(jié)點
然后進行第二次迭代,我們發(fā)現a13比a12+a23的值大杯聚,所以更新臼婆,并在P數組中記錄路徑
(注意我們這里索引以1開始,不是0;仙堋)
繼續(xù)颁褂,我們進行第三次迭代
第4次
第5次,發(fā)現不變傀广。
因為就5個節(jié)點颁独,已經循環(huán)完了,所以我們結束并得到最終結果
A數組的獲取方法和之前講的是一樣的
那我們怎么通過P數組找到路徑呢伪冰?
假如要找從1節(jié)點到5節(jié)點的路徑:
首先找p15誓酒,發(fā)現是4,可知其中有4中轉贮聂;
然后找p14靠柑,看看從1到4是否有中轉,發(fā)現沒有吓懈;
再找p45,發(fā)現有3中轉耻警;
此時我們還要找p43隔嫡,p35甸怕,發(fā)現沒有值,說明沒有中轉了畔勤。
綜上蕾各,我們可以得到路徑1-4-3-5
四、小結
我們可以看到庆揪,這個算法雖然時間效率不低式曲,但形式簡單、直觀缸榛。