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【干货】经典算法:Dijkstra 算法初探

2018-3-30 13:00 |来自: 互联网 250 0

摘要: 一、Dijkstra 算法的介绍 Dijkstra 算法,又叫迪科斯彻算法(Dijkstra),算法解决的是有向图中单个源点到其他顶点的最短路径问题。举例来说,如果图中的顶点表示城市,而边上的权重表示著城市间开车行经的距离,Di ...

一、Dijkstra 算法的介绍


Dijkstra 算法,又叫迪科斯彻算法(Dijkstra),算法解决的是有向图中单个源点到其他顶点的最短路径问题。举例来说,如果图中的顶点表示城市,而边上的权重表示著城市间开车行经的距离,Dijkstra 算法可以用来找到两个城市之间的最短路径。


二、图文解析 Dijkstra 算法


ok,经过上文有点繁杂的信息,你还并不对此算法了如指掌,清晰透彻。没关系,咱们来幅图,就好了。请允许我再对此算法的概念阐述下,


Dijkstra算法是典型最短路径算法,用于计算一个节点到其他所有节点的最短路径。不过,针对的是非负值权边。主要特点是以起始点为中心向外层层扩展,直到扩展到终点为止。[Dijkstra算法能得出最短路径的最优解,但由于它遍历计算的节点很多,所以效率低。]


ok,如下图,设A为源点,求A到其他各所有一一顶点(B、C、D、E、F)的最短路径。线上所标注为相邻线段之间的距离,即权值。


(注:此图为随意所画,其相邻顶点间的距离与图中的目视长度不能一一对等)


Dijkstra无向图


算法执行步骤如下表:



三、Dijkstra 的算法实现


Dijkstra 算法的输入包含了一个有权重的有向图 G,以及G中的一个来源顶点 S。我们以 V 表示 G 中所有顶点的集合,以 E 表示G 中所有边的集合。


(u, v) 表示从顶点 u 到 v 有路径相连,而边的权重则由权重函数 w: E → [0, ∞] 定义。因此,w(u, v) 就是从顶点 u 到顶点 v 的非负花费值(cost),边的花费可以想像成两个顶点之间的距离。


任两点间路径的花费值,就是该路径上所有边的花费值总和。


已知有 V 中有顶点 s 及 t,Dijkstra 算法可以找到 s 到 t 的最低花费路径(例如,最短路径)。这个算法也可以在一个图中,找到从一个顶点 s 到任何其他顶点的最短路径。


好,咱们来看下此算法的具体实现:


Dijkstra 算法的实现一(维基百科):


u := Extract_Min(Q) 在顶点集合 Q 中搜索有最小的 d[u] 值的顶点 u。这个顶点被从集合 Q 中删除并返回给用户。


1 function Dijkstra(G, w, s)

2 for each vertex v in V[G] // 初始化

3 d[v] := infinity

4 previous[v] := undefined

5 d[s] := 0

6 S := empty set

7 Q := set of all vertices

8 while Q is not an empty set // Dijkstra演算法主

9 u := Extract_Min(Q)

10 S := S union {u}

11 for each edge (u,v) outgoing from u

12 if d[v]

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