用于解决最短路径问题的算法被称做“最短路径算法”,有时被简称作“路径算法”。最常用的路径算法有:
Dijkstra算法、A*算法、SPFA算法、Bellman-Ford算法和Floyd-Warshall算法,本文主要介绍其中的三种。
最短路径问题是图论研究中的一个经典算法问题,旨在寻找图(由结点和路径组成的)中两结点之间的最短路
径。
算法具体的形式包括:
确定起点的最短路径问题:即已知起始结点,求最短路径的问题。
确定终点的最短路径问题:与确定起点的问题相反,该问题是已知终结结点,求最短路径的问题。在无向图中
该问题与确定起点的问题完全等同,在有向图中该问题等同于把所有路径方向反转的确定起点的问题。
确定起点终点的最短路径问题:即已知起点和终点,求两结点之间的最短路径。
全局最短路径问题:求图中所有的最短路径。
Floyd
求多源、无负权边的最短路。用矩阵记录图。时效性较差,时间复杂度O(V^3)。
Floyd-Warshall算法(Floyd-Warshall algorithm)是解决任意两点间的最短路径的一种算法,可以正确处理
有向图或负权的最短路径问题。
Floyd-Warshall算法的时间复杂度为O(N^3),空间复杂度为O(N^2)。
Floyd-Warshall的原理是动态规划:
设Di,j,k为从i到j的只以(1..k)集合中的节点为中间节点的最短路径的长度。
若最短路径经过点k,则Di,j,k = Di,k,k-1 + Dk,j,k-1;
若最短路径不经过点k,则Di,j,k = Di,j,k-1。
因此,Di,j,k = min(Di,k,k-1 + Dk,j,k-1 , Di,j,k-1)。
在实际算法中,为了节约空间,可以直接在原来空间上进行迭代,这样空间可降至二维。
Floyd-Warshall算法的描述如下:
for k ← 1 to n do
for i ← 1 to n do
for j ← 1 to n do
if (Di,k + Dk,j < Di,j) then
Di,j ← Di,k + Dk,j;
其中Di,j表示由点i到点j的代价,当Di,j为 ∞ 表示两点之间没有任何连接。
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