Bellman Ford的佇列優化

2021-07-30 23:51:14 字數 2369 閱讀 1904

bellman-ford的佇列優化

思想:每次僅對最短路程發生變化了的點的相鄰邊執行鬆弛操作。

如何知道當前哪些點的最短路程發生變化?此處可以用乙個佇列來維護這些點。

每次選取隊首頂點u,對頂點u的所有出邊進行鬆弛操作。例如有一條邊u→v的邊,如果通過u→v這條邊使得源點到頂點v的最短路徑變短(dis[u]+e[u][v]需要注意:同乙個頂點同時在佇列中出現多次是毫無意義的,所以我們需要乙個陣列來判重(判斷哪些點已經在佇列中)。在對頂點u的所有出邊鬆弛完畢後,就將頂點u出隊。接下來不斷從佇列中取出新的隊首頂點再進行如上操作,直至佇列空為止。

5 7

1 2 2

1 5 10

2 3 3

2 5 7

3 4 4

4 5 5

5 3 6

第一行2個整數n、m,n為頂點個數,m為邊的個數。接下來m行,每行3個數x、y、z,表示頂點x到頂點y的邊權值為z。

#include int main() ,book[6]=;	//book陣列用來記錄哪些頂點已經在佇列中 

int que[101]=,head=1,tail=1; //定義乙個佇列,並初始化佇列

int inf=99999999;

scanf("%d %d",&n,&m);

//初始化dis陣列,這裡是1號頂點到其餘各個頂點的初始路程

for(i=1;i<=n;i++)

dis[i]=inf;

dis[1]=0;

for(i=1;i<=n;i++) //初始化book陣列,初始化為0,剛開始都不在佇列中

book[i]=0;

for(i=1;i<=n;i++) //初始化first陣列下標1~n的值為-1,表示1~n頂點暫時都沒有邊

first[i]=-1;

for(i=1;i<=m;i++)

//1號頂點入隊

que[tail]=1;tail++;

book[1]=1; //標記1號頂點已經入隊

while(headdis[u[k]+wki]])

}k=next[k];

} book[que[head]]=0; //出隊

head++;

} for(i=1;i<=n;i++) //輸出1號頂點到其餘各個頂點的最短路徑

printf("%d ",dis[i]);

getchar();getchar();

return 0;

}

總結:初始時將源點加入佇列。每次從隊首head取出乙個頂點,並對與其相鄰的所有頂點進行鬆弛嘗試,若某個相鄰的頂點鬆弛成功,且這個相鄰的頂點不在佇列中(不在head~tail之間),則將它加入到佇列中。對當前頂點處理完畢後立即出隊,並對下乙個新隊首進行如上操作,直到隊列為空時演算法結束。此處用了乙個book來記錄每個頂點是否處在佇列中。也可以不要book陣列,檢查乙個頂點是否在佇列中,只需要把que[head]到que[tail]依次判斷一遍就可以,但這樣做的時間複雜度是o(n),而使用book陣列來記錄的話時間複雜度會降至o(1).

使用佇列優化的bellman-ford演算法的時間複雜度在最壞情況下也是o(nm)

。通過佇列優化的bellman-ford演算法如何判斷乙個圖是否有環?如果某個點進入佇列的次數超過n次,那麼這個圖肯定存在負環。

用佇列優化的bellman-ford演算法的關鍵之處在於:只有那些在前一遍鬆弛中改變了最短路程估計值的頂點,才可能引起它們鄰接點最短路程估計值發生改變。因此,用乙個佇列來存放被成功鬆弛的頂點,之後只對佇列中的點進行處理,這就降低了演算法的時間複雜度。

最短路徑演算法分析

floyd

dijkstra

bellman-foed

佇列優化的bellman-ford

空間複雜度

o(n*n)

o(m)

o(m)

o(m)

時間複雜度

o(n*n*n)

o((m+n)logn)

o(mn)

最壞o(mn)

適用情況

稠密圖(和頂點關係密切)

稠密圖(和頂點關係密切)

稀疏圖(與邊關係密切)

稀疏圖(與邊關係密切)

負權可以解決

不能解決

可以解決

可以解決

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