佛洛依德算法的学习与实现
1、问题引入
带权有向图中单源点的最短路径问题可以用地杰斯特拉算法求解,如果要求解图中每一对顶点之间的最短路径,类似可以想到的方法为:每次以一个顶点为源点,重复执行地杰斯特拉算法算法n次,这样,便可以求得每一对顶点之间的最短路径,总的执行时间为O(n3)。
这里可以采用另外一种求解算法:Floyd算法。
2、Floyd的基本思想为:
从邻接矩阵a开始进行n次迭代,第一次迭代后a[i,j]的值是从vi到vj且中间不经过变化大于1的顶点的最短路径长度;第k次迭代后a[i,j]的值是从vi到vj且中间不经过变化大于k的顶点的最短路径长度 第n次迭代后a[i,j]的值就是从vi到vj的最短路径长度。
3、算法描述:
(1) 用数组d[i][j]来记录i,j之间的最短距离。初始化d[i][j],若i=j则d[i][j]=0,
若i,j之间有边连接则d[i][j]的值为该边的权值,否则d[i][j]的值为max 。
(2) 对所有的k值从1到n,修正任意两点之间的最短距离,计算d[i][k]+d[k][j]的值,
若小于d[i][j],则d[i][j]= d[i][k]+d[k][j],否则d[i][j]的值不变。
4、具体实现:
带权有向图如下:
在2.txt文件中保存的带权有向图的数据为:
其中第一个数据4表述图中有4个节点,其他的四行四列数据表示各个节点之间的路径长度,9999表示两个节点之间不可达。
具体代码为:
1 #include<stdio.h> 2 #include<stdlib.h> 3 #define max 9999 4 void Floyd(int,int **,int**,int**); 5 void Searchpath(int,int,int**,int**); 6 void main() 7 { 8 int i,j,num,first,last; 9 FILE *p; 10 p=fopen("2.txt","r"); 11 if(p==NULL) 12 { 13 printf("无法打开2.txt"); 14 exit(-1); 15 } 16 fscanf(p,"%d",&num);//获取点的个数; 17 int **a=(int**)malloc(sizeof(int*)*num); 18 for(i=0;i<num;i++) 19 a[i]=(int*)malloc(sizeof(int)*num); 20 for(i=0;i<num;i++)//获取图中各个点之间的路径长度; 21 for(j=0;j<num;j++) 22 fscanf(p,"%d",&a[i][j]); 23 //path[i][j]用于记录从i到j的最短路径上j点的前一个节点 24 int **path=(int**)malloc(sizeof(int*)*num); 25 for(i=0;i<num;i++) 26 path[i]=(int*)malloc(sizeof(int)*num); 27 //d[i][j]用于记录从i到j的最短路径的长度 28 int **d=(int**)malloc(sizeof(int*)*num); 29 for(i=0;i<num;i++) 30 d[i]=(int*)malloc(sizeof(int)*num); 31 //佛洛依德算法程序调用 32 Floyd(num,path,d,a); 33 printf("最终得到的距离矩阵为:\n"); 34 for(i=0;i<num;i++) 35 { 36 for(j=0;j<num;j++) 37 printf("%d ",d[i][j]); 38 printf("\n"); 39 } 40 printf("请输入起始点(小于%d):",num); 41 scanf("%d",&first); 42 printf("\n请输入终止点(小于%d):",num); 43 scanf("%d",&last); 44 printf("起始点%d到终止点%d的最短路径长度为:%d\n",first,last,d[first][last]); 45 Searchpath(first,last,path,d);//利用path[i][j]得出从i到j的最短路径 46 } 47 void Floyd(int num,int **path,int**d,int **a) 48 { 49 int i,j,k; 50 for(i=0;i<num;i++) 51 { 52 for(j=0;j<num;j++)//初始化 53 { 54 if(a[i][j]<max) path[i][j]=j;//从i到j有路径 55 else path[i][j]=-1; 56 d[i][j]=a[i][j]; 57 } 58 } 59 for(k=0;k<num;k++) 60 for(i=0;i<num;i++) 61 for(j=0;j<num;j++) 62 if(d[i][j]>d[i][k]+d[k][j])//从i到j的一条更短的路径 63 { 64 d[i][j]=d[i][k]+d[k][j]; 65 path[i][j]=path[i][k]; 66 } 67 } 68 void Searchpath(int first,int last,int **path,int**d) 69 { 70 int k; 71 if(d[first][last]==max) 72 printf("起始点%d到终止点%d不可达",first,last); 73 else 74 { 75 printf("起始点到终点的路径为:"); 76 k=last; 77 printf("%d <-- ",k); 78 while((k!=first)&&(k!=path[first][k])) 79 { 80 k=path[first][k]; 81 printf("%d <-- ",k); 82 if(k==path[first][k]) 83 k=first; 84 } 85 printf("%d\n",first); 86 } 87 }
5、参考资料:
(1)严蔚敏,数据结构。
(2)http://blog.sina.com.cn/s/blog_3fe961ae0100nl6g.html
(3)http://zhidao.baidu.com/question/349458736.html
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