Swift最短路徑之Dijkstra(單源最短路)算法

Dijkstra“單源最短路”,是指指定一個點(源點)到其余各個頂點的最短路徑蠕蚜。例如:求下圖中的1號頂點到其他頂點的最短路徑。


dijkstra.png
  • 上文中的Floyd-Warshall算法一樣。用一個二維數(shù)組來存儲該圖。
    <pre>
    let max:Int = 10000
    var map = [[0, 1, 12, max, max, max],
    [max, 0, 9, 3, max, max],
    [max, max, 0, max, 5, max],
    [max, max, 4, 0, 13, 15],
    [max, max, max, max, 0, 4],
    [max, max, max, max, max, 0]]
    </pre>

  • 用一個一維數(shù)組dist來存儲1號頂點到其余各個頂點的初始路程肤视。
    1 2 3 4 5 6
    var dist = [0, 1, 12, max, max, max]
    我們將此時dist數(shù)組中的值稱為最短路程的“估計值”。

  • 先找一個離1號頂點最近的頂點涉枫,通過dist可知邢滑,2號頂點是當前離1號頂點最近的頂點,選擇了2號頂點之后愿汰,dist[2]就已經(jīng)從“估計值”變成“確定值”困后,即1號頂點到2號頂點的最短路程就是當前的distp[2]值。再來看2->3 和 2->4 這兩條邊衬廷。先計算通過2->3這條邊能否讓1號頂點到3號頂點的路程變短:比較dis[2] + map[2][3] 和dist[3]的值摇予,dist[3] = 12,dis[2] + map[2][3] = 1 + 9 = 10,即dist[3] > dis[2] + map[2][3],dist[3] 更新為10,這個過程叫“松弛”吗跋。這便是Dijkstra算法的主要思想:通過“邊”來松弛1號頂點到其余各個頂點的路程侧戴。同理,松弛2->4 這條邊跌宛。dist[4]更新為4.對2號頂點所有的出邊進行了松弛后酗宋,dist更新為:
    var dist = [0, 1, 10, 4, max, max]

  • 接下來,繼續(xù)在剩下的3疆拘,4蜕猫,5和6號頂點中,選出離1號頂點最近的頂點4號頂點哎迄,對4號頂點用剛才的方法進行松弛回右。然后在剩下的頂點中,繼續(xù)選出離1號頂點最近的頂點漱挚,對所有的的邊進行松弛翔烁。直到所有的頂點的邊都松弛完畢。
    ok旨涝,以上就是Dijkstra算法的基本步驟蹬屹,總結一下:每次找到離源點最近的一個頂點,然后以該頂點為中心進行擴展颊糜,最終得到源點到其余所有點的路徑哩治。完整代碼如下:

<pre>
let max:Int = 10000
var map = [[0, 1, 12, max, max, max],
[max, 0, 9, 3, max, max],
[max, max, 0, max, 5, max],
[max, max, 4, 0, 13, 15],
[max, max, max, max, 0, 4],
[max, max, max, max, max, 0]]

func dijkstra(map:[Array<Int>]) -> [Int] {

var book = Array.init(repeatElement(0, count: map.count))
var dist = map.first!

book[0] = 1
for i in 0..<(map.count - 1) {
    
    //取出離源點最近的點
    var min = max
    var u = 0
    
    for j in 0..<map.count {
        if (book[j] == 0) && (map[i][j] < min)  {
            min = map[i][j]
            u = j
        }
    }
    book[u] = 1
                                                                                                                                                                                                                                                                              
    //松弛所有邊
    for v in 0..<map.count {
        if map[u][v] < max {
            if dist[v] > (dist[u] + map[u][v]) {
                dist[v] = dist[u] + map[u][v]
            }
        }
    }
}

return dist

}
print(dijkstra(map: map)) //[0, 1, 8, 4, 13, 17]
</pre>

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