程序员利用弗洛伊德算法代码算出两点之间最短距离

第二天

小灰的思路如下:

第一步,利用迪杰斯特拉算法的距离表,求出从顶点A出发,到其他各个顶点的最短距离:

第二步,继续使用迪杰斯特拉算法,求出从顶点B出发,到其他各个顶点的最短距离。

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第三步,从顶点C出发,到各个顶点的最短距离。

第四步,从顶点D出发......

.......

就像这样,一直遍历到顶点G。

这个思路的时间复杂度是多少呢?

假如图中有n个顶点,如果不考虑堆优化,一次迪杰斯特拉算法的时间复杂度是O(n^2)。所以,把每一个顶点都计算一遍,总的时间复杂度是O(n^3)。

————————————

举一个栗子:

上图的顶点A和顶点C没有直接相连的边,它们之间的直接距离是无穷大。

如果以B作为“中继顶点”,此时A到C的最短路径就是A-B-C,最短距离是3+2=5。

再举一个栗子:

上图的顶点A和顶点C直接相连,距离是6。但是存在一条“迂回”路径A-B-C,距离是3+2=5<6。

所以,经过中继顶点B,从A到C的最短距离可以是5。

下面我们来看一看Floyd算法的详细步骤。

1.要实现Floyd算法,首先需要构建带权图的邻接矩阵:

在邻接矩阵当中,每一个数字代表着从某个顶点到另一个顶点的直接距离,这个距离是没有涉及到任何中继顶点的。

2.此时假定只允许以顶点A作为中继顶点,那么各顶点之间的距离会变成什么样子呢?

B和C之间的距离原本是无穷大,此时以A为中继,距离缩短为AB距离+AC距离=

5+2=7。

更新对应矩阵元素(橙色区域代表顶点A到其他顶点的临时距离):

3.接下来以顶点A、B作为中继顶点,那么各顶点之间的距离会变成什么样子呢?

A和D之间的距离原本是无穷大,此时以B为中继,距离缩短为AB距离+BD距离=5+1=6。

A和E之间的距离原本是无穷大,此时以B为中继,距离缩短为AB距离+BE距离=5+6=11。

更新对应矩阵元素(橙色区域代表顶点B到其他顶点的临时距离):

4.接下来以顶点A、B、C作为中继顶点,那么各顶点之间的距离会变成什么样子呢?

A和F之间的距离原本是无穷大,此时以C为中继,距离缩短为AC距离+CF距离=2+8=10。

更新对应矩阵元素(橙色区域代表顶点C到其他顶点的临时距离):

.........

.........

以此类推,我们不断引入新的中继顶点,不断刷新矩阵中的临时距离。

最终,当所有顶点都可以作为中继顶点时,我们的距离矩阵更新如下:

此时,矩阵中每一个元素,都对应着某顶点到另一个顶点的最短距离。

为什么这么说呢?让我们回顾一下动态规划的两大要素:

问题的初始状态

问题的状态转移方程式

对于寻找图的所有顶点之间距离的问题,初始状态就是顶点之间的直接距离,也就是邻接矩阵。

而问题的状态转移方程式又是什么呢?

假设新引入的中继顶点是n,那么:

顶点i 到 顶点j 的新距离 = Min(顶点i 到 顶点j 的旧距离,顶点i 到 顶点n 的距离+顶点n 到 顶点j 的距离)

final

static

int

INF

=

Integer

.

MAX_VALUE

;

public

static

void

floyd

(

int

[][]

matrix

){

//循环更新矩阵的值

for

(

int

k

=

0

;

k

<

matrix

.

length

;

k

++){

for

(

int

i

=

0

;

i

<

matrix

.

length

;

i

++){

for

(

int

j

=

0

;

j

<

matrix

.

length

;

j

++){

if

(

matrix

[

i

][

k

]

==

INF

||

matrix

[

k

][

j

]

==

INF

)

{

continue

;

}

matrix

[

i

][

j

]

=

Math

.

min

(

matrix

[

i

][

j

],

matrix

[

i

][

k

]

+

matrix

[

k

][

j

]);

}

}

}

// 打印floyd最短路径的结果

System

.

out

.

printf

(

"最短路径矩阵:

"

);

for

(

int

i

=

0

;

i

<

matrix

.

length

;

i

++)

{

for

(

int

j

=

0

;

j

<

matrix

.

length

;

j

++)

System

.

out

.

printf

(

"%3d "

,

matrix

[

i

][

j

]);

System

.

out

.

printf

(

"

"

);

}

}

public

static

void

main

(

String

[]

args

)

{

int

[][]

matrix

=

{

{

0

,

5

,

2

,

INF

,

INF

,

INF

,

INF

},

{

5

,

0

,

INF

,

1

,

6

,

INF

,

INF

},

{

2

,

INF

,

0

,

6

,

INF

,

8

,

INF

},

{

INF

,

1

,

6

,

0

,

1

,

2

,

INF

},

{

INF

,

6

,

INF

,

1

,

0

,

INF

,

7

},

{

INF

,

INF

,

8

,

2

,

INF

,

0

,

3

},

{

INF

,

INF

,

INF

,

INF

,

7

,

3

,

0

}

};

floyd

(

matrix

);

}

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