迪傑斯特拉演算法

2022-02-18 23:29:06 字數 1821 閱讀 7892

迪傑斯特拉(dijkstra)演算法是典型最短路徑演算法,用於計算乙個節點到其他節點的最短路徑。

它的主要特點是以起始點為中心向外層層擴充套件(廣度優先搜尋思想),直到擴充套件到終點為止。

基本思想

通過dijkstra計算圖g中的最短路徑時,需要指定起點s(即從頂點s開始計算)。

此外,引進兩個集合s和u。s的作用是記錄已求出最短路徑的頂點(以及相應的最短路徑長度),而u則是記錄還未求出最短路徑的頂點(以及該頂點到起點s的距離)。

初始時,s中只有起點s;u中是除s之外的頂點,並且u中頂點的路徑是"起點s到該頂點的路徑"。然後,從u中找出路徑最短的頂點,並將其加入到s中;接著,更新u中的頂點和頂點對應的路徑。

然後,再從u中找出路徑最短的頂點,並將其加入到s中;接著,更新u中的頂點和頂點對應的路徑。 ... 重複該操作,直到遍歷完所有頂點。

操作步驟

(1)初始時,s只包含起點s;u包含除s外的其他頂點,且u中頂點的距離為"起點s到該頂點的距離"[例如,u中頂點v的距離為(s,v)的長度,然後s和v不相鄰,則v的距離為∞]。

(2)從u中選出"距離最短的頂點k",並將頂點k加入到s中;同時,從u中移除頂點k。

(3)更新u中各個頂點到起點s的距離。之所以更新u中頂點的距離,是由於上一步中確定了k是求出最短路徑的頂點,從而可以利用k來更新其它頂點的距離;例如,(s,v)的距離可能大於(s,k)+(k,v)的距離。

(4)重複步驟(2)和(3),直到遍歷完所有頂點。

單純的看上面的理論可能比較難以理解,下面通過例項來對該演算法進行說明。

初始狀態:s是已計算出最短路徑的頂點集合,u是未計算除最短路徑的頂點的集合!

第1步:將頂點d加入到s中。

此時,s=, u=。

注:c(3)表示c到起點d的距離是3。

第2步:將頂點c加入到s中。

上一步操作之後,u中頂點c到起點d的距離最短;因此,將c加入到s中,同時更新u中頂點的距離。以頂點f為例,之前f到d的距離為∞;但是將c加入到s之後,f到d的距離為9=(f,c)+(c,d)。

此時,s=, u=。

第3步:將頂點e加入到s中。

上一步操作之後,u中頂點e到起點d的距離最短;因此,將e加入到s中,同時更新u中頂點的距離。還是以頂點f為例,之前f到d的距離為9;但是將e加入到s之後,f到d的距離為6=(f,e)+(e,d)。

此時,s=, u=。

第4步:將頂點f加入到s中。

此時,s=, u=。

第5步:將頂點g加入到s中。

此時,s=, u=。

第6步:將頂點b加入到s中。

此時,s=, u=。

第7步:將頂點a加入到s中。

此時,s=。

此時,起點d到各個頂點的最短距離就計算出來了:a(22) b(13) c(3) d(0) e(4) f(6) g(12)

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