日韩黑丝制服一区视频播放|日韩欧美人妻丝袜视频在线观看|九九影院一级蜜桃|亚洲中文在线导航|青草草视频在线观看|婷婷五月色伊人网站|日本一区二区在线|国产AV一二三四区毛片|正在播放久草视频|亚洲色图精品一区

分享

SPFA 算法詳解( 強大圖解,不會都難!)

 Rainboy913 2013-12-08

適用范圍:給定的圖存在負權(quán)邊,這時類似Dijkstra等算法便沒有了用武之地,而Bellman-Ford算法的復(fù)雜度又過高,SPFA算法便派上用場了。 我們約定有向加權(quán)圖G不存在負權(quán)回路,即最短路徑一定存在。當然,我們可以在執(zhí)行該算法前做一次拓撲排序,以判斷是否存在負權(quán)回路,但這不是我們討論的重點。

算法思想:我們用數(shù)組d記錄每個結(jié)點的最短路徑估計值,用鄰接表來存儲圖G。我們采取的方法是動態(tài)逼近法:設(shè)立一個先進先出的隊列用來保存待優(yōu)化的結(jié)點,優(yōu)化時每次取出隊首結(jié)點u,并且用u點當前的最短路徑估計值對離開u點所指向的結(jié)點v進行松弛操作,如果v點的最短路徑估計值有所調(diào)整,且v點不在當前的隊列中,就將v點放入隊尾。這樣不斷從隊列中取出結(jié)點來進行松弛操作,直至隊列空為止

 

期望的時間復(fù)雜度O(ke), 其中k為所有頂點進隊的平均次數(shù),可以證明k一般小于等于2。

 

實現(xiàn)方法:

  建立一個隊列,初始時隊列里只有起始點,再建立一個表格記錄起始點到所有點的最短路徑(該表格的初始值要賦為極大值,該點到他本身的路徑賦為0)。然后執(zhí)行松弛操作,用隊列里有的點作為起始點去刷新到所有點的最短路,如果刷新成功且被刷新點不在隊列中則把該點加入到隊列最后。重復(fù)執(zhí)行直到隊列為空。

判斷有無負環(huán):
  如果某個點進入隊列的次數(shù)超過N次則存在負環(huán)(SPFA無法處理帶負環(huán)的圖)

 


 

 

 

首先建立起始點a到其余各點的
最短路徑表格

                                 

首先源點a入隊,當隊列非空時:
 1、隊首元素(a)出隊,對以a為起始點的所有邊的終點依次進行松弛操作(此處有b,c,d三個點),此時路徑表格狀態(tài)為:

                                 

在松弛時三個點的最短路徑估值變小了,而這些點隊列中都沒有出現(xiàn),這些點
需要入隊,此時,隊列中新入隊了三個結(jié)點b,c,d

隊首元素b點出隊,對以b為起始點的所有邊的終點依次進行松弛操作(此處只有e點),此時路徑表格狀態(tài)為:

                                

在最短路徑表中,e的最短路徑估值也變小了,e在隊列中不存在,因此e也要
入隊,此時隊列中的元素為c,d,e

隊首元素c點出隊,對以c為起始點的所有邊的終點依次進行松弛操作(此處有e,f兩個點),此時路徑表格狀態(tài)為:

                                

在最短路徑表中,e,f的最短路徑估值變小了,e在隊列中存在,f不存在。因此
e不用入隊了,f要入隊,此時隊列中的元素為d,e,f

 隊首元素d點出隊,對以d為起始點的所有邊的終點依次進行松弛操作(此處只有g(shù)這個點),此時路徑表格狀態(tài)為:

 

 

                              

在最短路徑表中,g的最短路徑估值沒有變小(松弛不成功),沒有新結(jié)點入隊,隊列中元素為f,g

隊首元素f點出隊,對以f為起始點的所有邊的終點依次進行松弛操作(此處有d,e,g三個點),此時路徑表格狀態(tài)為:


                               

在最短路徑表中,e,g的最短路徑估值又變小,隊列中無e點,e入隊,隊列中存在g這個點,g不用入隊,此時隊列中元素為g,e

隊首元素g點出隊,對以g為起始點的所有邊的終點依次進行松弛操作(此處只有b點),此時路徑表格狀態(tài)為:

                          

在最短路徑表中,b的最短路徑估值又變小,隊列中無b點,b入隊,此時隊列中元素為e,b
隊首元素e點出隊,對以e為起始點的所有邊的終點依次進行松弛操作(此處只有g(shù)這個點),此時路徑表格狀態(tài)為:

 

                         

在最短路徑表中,g的最短路徑估值沒變化(松弛不成功),此時隊列中元素為b

隊首元素b點出隊,對以b為起始點的所有邊的終點依次進行松弛操作(此處只有e這個點),此時路徑表格狀態(tài)為:

                        

在最短路徑表中,e的最短路徑估值沒變化(松弛不成功),此時隊列為空了

最終a到g的最短路徑為14

 

 

program:

#include<cstdio>
using namespace std;
struct node
{int x;
 int value;
 int next;
};
node e[60000];
int visited[1505],dis[1505],st[1505],queue[1000];
int main()
{
  int n,m,u,v,w,start,h,r,cur;
  freopen("c.in","r",stdin);
  freopen("c.out","w",stdout);
  while(scanf("%d%d",&n,&m)!=EOF)
  {
    for(int i=1;i<=1500;i++)
      {visited[i]=0;
       dis[i]=-1;
       st[i]=-1;  //這個初始化給下邊那個while循環(huán)帶來影響
      }
 
   for(int i=1;i<=m;i++)
      {
       scanf("%d%d%d\n",&u,&v,&w);    
       e[i].x=v;            //記錄后繼節(jié)點    相當于鏈表中的創(chuàng)建一個節(jié)點,并使得數(shù)據(jù)域先記錄
       e[i].value=w;
       e[i].next=st[u];     //記錄頂點節(jié)點的某一個邊表節(jié)點的下標,相當于在鏈表中吧該邊表節(jié)點的next指針先指向他的后繼邊表節(jié)點
       st[u]=i;                //把該頂點的指針指向邊表節(jié)點,相當于鏈表中的插入中,頭結(jié)點的指針改變
      }
    start=1;
    visited[start]=1;
    dis[start]=0;
    h=0;
    r=1;
    queue[r]=start;
    while(h!=r)
     {

      h=(h+1)%1000;
      cur=queue[h];
      int tmp=st[cur];
      visited[cur]=0;
    

     while(tmp!=-1)
        {
            if (dis[e[tmp].x]<dis[cur]+e[tmp].value)            //改成大于號才對
            {
                   dis[e[tmp].x]=dis[cur]+e[tmp].value;
                    if(visited[e[tmp].x]==0)
                      {

                           visited[e[tmp].x]=1;
                           r=(r+1)%1000;
                            queue[r]=e[tmp].x;
                       }
            }
         tmp=e[tmp].next;     
        }
     }
    printf("%d\n",dis[n]);
  }
  return 0;  
}


 

                     (沒有質(zhì)量,就出數(shù)量)  下面一文轉(zhuǎn)載出處:http://blog.csdn.net/morgan_xww/article/details/6279596

  1. /*
  2. SPFA(Shortest Path Faster Algorithm) [圖的存儲方式為鄰接表]
  3. 是Bellman-Ford算法的一種隊列實現(xiàn),減少了不必要的冗余計算。
  4. 算法大致流程是用一個隊列來進行維護。 初始時將源加入隊列。 每次從隊列中取出一個元素,
  5. 并對所有與他相鄰的點進行松弛,若某個相鄰的點松弛成功,則將其入隊。 直到隊列為空時算法結(jié)束。
  6. 它可以在O(kE)的時間復(fù)雜度內(nèi)求出源點到其他所有點的最短路徑,可以處理負邊。
  7. SPFA 在形式上和BFS非常類似,不同的是BFS中一個點出了隊列就不可能重新進入隊列,但是SPFA中
  8. 一個點可能在出隊列之后再次被放入隊列,也就是一個點改進過其它的點之后,過了一段時間可能本
  9. 身被改進,于是再次用來改進其它的點,這樣反復(fù)迭代下去。
  10. 判斷有無負環(huán):如果某個點進入隊列的次數(shù)超過V次則存在負環(huán)(SPFA無法處理帶負環(huán)的圖)。
  11. SPFA算法有兩個優(yōu)化算法 SLF 和 LLL:
  12. SLF:Small Label First 策略,設(shè)要加入的節(jié)點是j,隊首元素為i,若dist(j)<dist(i),則將j插入隊首,
  13. 否則插入隊尾。
  14. LLL:Large Label Last 策略,設(shè)隊首元素為i,隊列中所有dist值的平均值為x,若dist(i)>x則將i插入
  15. 到隊尾,查找下一元素,直到找到某一i使得dist(i)<=x,則將i出對進行松弛操作。
  16. 引用網(wǎng)上資料,SLF 可使速度提高 15 ~ 20%;SLF + LLL 可提高約 50%。
  17. 在實際的應(yīng)用中SPFA的算法時間效率不是很穩(wěn)定,為了避免最壞情況的出現(xiàn),通常使用效率更加穩(wěn)定的Dijkstra算法。
  18. */ 
  19.  
  20. //用數(shù)組實現(xiàn)鄰接表存儲,pnt[i,0]表示與i相鄰的結(jié)點個數(shù),pnt[i,1...k]存儲與i相鄰的點 
  21. int  pnt[MAXN][MAXN]; 
  22. int  map[MAXN][MAXN]; //map[i,j]為初始輸入的i到j(luò)的距離,并且map[i,i]=0;未知的map[i,j]=INF; 
  23. int  dis[MAXN]; 
  24. char vst[MAXN]; 
  25.  
  26. int SPFA(int n,int s) 
  27.     int i, pri, end, p, t; 
  28.     memset(vst, 0, sizeof(vst)); 
  29.     for (i=1; i<=n; i++) 
  30.         dis[i] = INF; 
  31.     dis[s] = 0; 
  32.     vst[s] = 1; 
  33.     Q[0] = s; pri = 0; end = 1; 
  34.     while (pri < end) 
  35.     { 
  36.         p = Q[pri]; 
  37.         for (i=1; i<=pnt[p][0]; i++) 
  38.         { 
  39.             t = pnt[p][i]; 
  40.             //先釋放,釋放成功后再判斷是否要加入隊列 
  41.             if (dis[p]+map[p][t] < dis[t]) 
  42.             { 
  43.                 dis[t] = dis[p]+map[p][t]; 
  44.                 if (!vst[t]) 
  45.                 { 
  46.                     Q[end++] = t; 
  47.                     vst[t] = 1; 
  48.                 } 
  49.             } 
  50.         } 
  51.         vst[p] = 0; 
  52.         pri++; 
  53.     } 
  54.     return 1; 
  1. /* 
  2. SPFA(Shortest Path Faster Algorithm) [圖的存儲方式為鄰接表] 
  3. 是Bellman-Ford算法的一種隊列實現(xiàn),減少了不必要的冗余計算。 
  4. 算法大致流程是用一個隊列來進行維護。 初始時將源加入隊列。 每次從隊列中取出一個元素, 
  5. 并對所有與他相鄰的點進行松弛,若某個相鄰的點松弛成功,則將其入隊。 直到隊列為空時算法結(jié)束。 
  6. 它可以在O(kE)的時間復(fù)雜度內(nèi)求出源點到其他所有點的最短路徑,可以處理負邊。 
  7.  
  8. SPFA 在形式上和BFS非常類似,不同的是BFS中一個點出了隊列就不可能重新進入隊列,但是SPFA中 
  9. 一個點可能在出隊列之后再次被放入隊列,也就是一個點改進過其它的點之后,過了一段時間可能本 
  10. 身被改進,于是再次用來改進其它的點,這樣反復(fù)迭代下去。 
  11.  
  12. 判斷有無負環(huán):如果某個點進入隊列的次數(shù)超過V次則存在負環(huán)(SPFA無法處理帶負環(huán)的圖)。 
  13.  
  14. SPFA算法有兩個優(yōu)化算法 SLF 和 LLL: 
  15. SLF:Small Label First 策略,設(shè)要加入的節(jié)點是j,隊首元素為i,若dist(j)<dist(i),則將j插入隊首, 
  16. 否則插入隊尾。 
  17. LLL:Large Label Last 策略,設(shè)隊首元素為i,隊列中所有dist值的平均值為x,若dist(i)>x則將i插入 
  18. 到隊尾,查找下一元素,直到找到某一i使得dist(i)<=x,則將i出對進行松弛操作。 
  19. 引用網(wǎng)上資料,SLF 可使速度提高 15 ~ 20%;SLF + LLL 可提高約 50%。 
  20. 在實際的應(yīng)用中SPFA的算法時間效率不是很穩(wěn)定,為了避免最壞情況的出現(xiàn),通常使用效率更加穩(wěn)定的Dijkstra算法。 
  21. */  
  22.   
  23. //用數(shù)組實現(xiàn)鄰接表存儲,pnt[i,0]表示與i相鄰的結(jié)點個數(shù),pnt[i,1...k]存儲與i相鄰的點  
  24. int  pnt[MAXN][MAXN];  
  25. int  map[MAXN][MAXN]; //map[i,j]為初始輸入的i到j(luò)的距離,并且map[i,i]=0;未知的map[i,j]=INF;  
  26. int  dis[MAXN];  
  27. char vst[MAXN];  
  28.   
  29. int SPFA(int n, int s)  
  30. {  
  31.     int i, pri, end, p, t;  
  32.     memset(vst, 0, sizeof(vst));  
  33.     for (i=1; i<=n; i++)  
  34.         dis[i] = INF;  
  35.     dis[s] = 0;  
  36.     vst[s] = 1;  
  37.     Q[0] = s; pri = 0; end = 1;  
  38.     while (pri < end)  
  39.     {  
  40.         p = Q[pri];  
  41.         for (i=1; i<=pnt[p][0]; i++)  
  42.         {  
  43.             t = pnt[p][i];  
  44.             //先釋放,釋放成功后再判斷是否要加入隊列  
  45.             if (dis[p]+map[p][t] < dis[t])  
  46.             {  
  47.                 dis[t] = dis[p]+map[p][t];  
  48.                 if (!vst[t])  
  49.                 {  
  50.                     Q[end++] = t;  
  51.                     vst[t] = 1;  
  52.                 }  
  53.             }  
  54.         }  
  55.         vst[p] = 0;  
  56.         pri++;  
  57.     }  
  58.     return 1;  
  59. }  
  1. 正規(guī)鄰接表存儲: 
  2. /* ------- 鄰接表存儲 ----------- */ 
  3. struct Edge 
  4.     int e;  //終點 
  5.     int v;  //邊權(quán) 
  6.     struct Edge *nxt; 
  7. }; 
  8. struct 
  9.     struct Edge *head, *last; 
  10. } node[MAXN]; 
  11. /* -------------------------------- */ 
  12.  
  13. /*  添加有向邊<起點,終點,邊權(quán)>  */ 
  14. void add(int s,int e,int v) 
  15.     struct Edge *p; 
  16.     p = (struct Edge*)malloc(sizeof(struct Edge)); 
  17.     p->e = e; 
  18.     p->v = v; 
  19.     p->nxt = NULL; 
  20.     if (node[s].head == NULL) 
  21.     { 
  22.         node[s].head = p; 
  23.         node[s].last = p; 
  24.     } 
  25.     else 
  26.     { 
  27.         node[s].last->nxt = p; 
  28.         node[s].last = p; 
  29.     } 
  30.  
  31. /*  松弛,成功返回1,否則0  */ 
  32. int relax(int s,int e,int v) 
  33.     if (dis[s]+v < dis[e]) 
  34.     { 
  35.         dis[e] = dis[s]+v; 
  36.         return 1; 
  37.     } 
  38.     return 0; 
  39.  
  40. /*  SPFA有負權(quán)回路返回0,否則返回1并且最短路徑保存在dis[]  */ 
  41. int n; 
  42. int vst[MAXN], cnt[MAXN]; 
  43. int Q[MAXN*MAXN]; 
  44. int SPFA(int s0) 
  45.     int i, p, q; 
  46.     struct Edge *pp; 
  47.  
  48.     memset(vst, 0, sizeof(vst)); 
  49.     memset(cnt, 0, sizeof(cnt)); 
  50.     for (i=0; i<=n; i++) 
  51.         dis[i] = INF; 
  52.     dis[s0] = 0; 
  53.  
  54.     Q[0] = s0; p = 0; q = 1; 
  55.     vst[s0] = 1; 
  56.     cnt[s0]++; 
  57.     while (p < q) 
  58.     { 
  59.         pp = node[Q[p]].head; 
  60.         while (pp) 
  61.         { 
  62.             if (relax(Q[p], pp->e, pp->v) && !vst[pp->e]) 
  63.             { 
  64.                 Q[q++] = pp->e; 
  65.                 vst[pp->e] = 1; 
  66.                 cnt[pp->e]++; 
  67.                 if (cnt[pp->e] > n) //有負權(quán)回路 
  68.                     return 0; 
  69.             } 
  70.             pp = pp->nxt; 
  71.         } 
  72.         vst[Q[p]] = 0; 
  73.         p++; 
  74.     } 
  75.     return 1; 
  1. 正規(guī)鄰接表存儲:  
  2. /* ------- 鄰接表存儲 ----------- */  
  3. struct Edge  
  4. {  
  5.     int e;  //終點  
  6.     int v;  //邊權(quán)  
  7.     struct Edge *nxt;  
  8. };  
  9. struct  
  10. {  
  11.     struct Edge *head, *last;  
  12. } node[MAXN];  
  13. /* -------------------------------- */  
  14.   
  15. /*  添加有向邊<起點,終點,邊權(quán)>  */  
  16. void add(int s, int e, int v)  
  17. {  
  18.     struct Edge *p;  
  19.     p = (struct Edge*)malloc(sizeof(struct Edge));  
  20.     p->e = e;  
  21.     p->v = v;  
  22.     p->nxt = NULL;  
  23.     if (node[s].head == NULL)  
  24.     {  
  25.         node[s].head = p;  
  26.         node[s].last = p;  
  27.     }  
  28.     else  
  29.     {  
  30.         node[s].last->nxt = p;  
  31.         node[s].last = p;  
  32.     }  
  33. }  
  34.   
  35. /*  松弛,成功返回1,否則0  */  
  36. int relax(int s, int e, int v)  
  37. {  
  38.     if (dis[s]+v < dis[e])  
  39.     {  
  40.         dis[e] = dis[s]+v;  
  41.         return 1;  
  42.     }  
  43.     return 0;  
  44. }  
  45.   
  46. /*  SPFA有負權(quán)回路返回0,否則返回1并且最短路徑保存在dis[]  */  
  47. int n;  
  48. int vst[MAXN], cnt[MAXN];  
  49. int Q[MAXN*MAXN];  
  50. int SPFA(int s0)  
  51. {  
  52.     int i, p, q;  
  53.     struct Edge *pp;  
  54.   
  55.     memset(vst, 0, sizeof(vst));  
  56.     memset(cnt, 0, sizeof(cnt));  
  57.     for (i=0; i<=n; i++)  
  58.         dis[i] = INF;  
  59.     dis[s0] = 0;  
  60.   
  61.     Q[0] = s0; p = 0; q = 1;  
  62.     vst[s0] = 1;  
  63.     cnt[s0]++;  
  64.     while (p < q)  
  65.     {  
  66.         pp = node[Q[p]].head;  
  67.         while (pp)  
  68.         {  
  69.             if (relax(Q[p], pp->e, pp->v) && !vst[pp->e])  
  70.             {  
  71.                 Q[q++] = pp->e;  
  72.                 vst[pp->e] = 1;  
  73.                 cnt[pp->e]++;  
  74.                 if (cnt[pp->e] > n) //有負權(quán)回路  
  75.                     return 0;  
  76.             }  
  77.             pp = pp->nxt;  
  78.         }  
  79.         vst[Q[p]] = 0;  
  80.         p++;  
  81.     }  
  82.     return 1;  
  83. }  
  1. /**通過poj 3159 證明:還是用數(shù)組來實現(xiàn)鄰接表比用鏈表來實現(xiàn)鄰接表效率高,  **/ 
  2.  
  3. #define MAX_node 10000 
  4. #define MAX_edge 100000 
  5.  
  6. struct Edge 
  7.     int e, v; 
  8. } edge[MAX_edge]; 
  9.  
  10. int neg;    //number of edge 
  11. int node[MAX_node];  //注意node要用memset初始化全部為-1 
  12. int next[MAX_edge]; 
  13.  
  14. void add(int s,int e,int v) 
  15.     edge[neg].e = e; 
  16.     edge[neg].v = v; 
  17.     next[neg] = node[s]; 
  18.     node[s] = neg++; 
  19. /*  該題還證明用棧來實現(xiàn)SPFA比用隊列來實現(xiàn)效率高,還節(jié)約空間 */ 
  20. int SPFA(int s0)//棧實現(xiàn) 
  21.     int i, t, p, top; 
  22.  
  23.     memset(vst, 0, sizeof(vst)); 
  24.     for (i=1; i<=n; i++) 
  25.         dis[i] = INF; 
  26.     dis[s0] = 0; 
  27.  
  28.     Q[0] = s0; 
  29.     top = 1; 
  30.     vst[s0] = 1; 
  31.     while (top) 
  32.     { 
  33.         t = Q[--top]; 
  34.         vst[t] = 0; 
  35.         p = node[t]; 
  36.         while (p != -1) 
  37.         { 
  38.             if (relax(t, edge[p].e, edge[p].v) && !vst[edge[p].e]) 
  39.             { 
  40.                 Q[top++] = edge[p].e; 
  41.                 vst[edge[p].e] = 1; 
  42.             } 
  43.             p = next[p]; 
  44.         } 
  45.     } 
  46.     return 1; 
  47. }

 

    本站是提供個人知識管理的網(wǎng)絡(luò)存儲空間,所有內(nèi)容均由用戶發(fā)布,不代表本站觀點。請注意甄別內(nèi)容中的聯(lián)系方式、誘導(dǎo)購買等信息,謹防詐騙。如發(fā)現(xiàn)有害或侵權(quán)內(nèi)容,請點擊一鍵舉報。
    轉(zhuǎn)藏 分享 獻花(0

    0條評論

    發(fā)表

    請遵守用戶 評論公約

    類似文章 更多