学习笔记:最短路-Dijkstra+Heap

由于今年NOI第一题很愉快的卡了spfa的常数,所以不得不重新看看这个被我抛弃许久的DJ算法

Dijkstra是用于计算单源最短路的算法,与spfa的最大不同点是不能用于负权图(原因待会讲完原理再说)。首先我们来聊聊这个的原理

比如说我们有一个垃圾的图,就像这样:

在这个无向图中,圈内的数字表示这个点的编号,边上蓝色的是这条边的权值,dijkstra的原理就是基于当前距离源点最近的点向外拓展(就是以这个点作为源点找与它相邻的点的最短路更新)。如果取到一个点向外拓,那么当前算出来的距离必然是源点到这个点的最短路,原因如下:如果有比当前距离更小的一条路径(为了后面好理解先把这一条边叫做p),那么边p的起点

其实heap,就是堆优化,看着很难懂,实际上就是一个优先队列(priority_queue)

 Dijkstra算法(单源最短路径)

  单源最短路径问题,即在图中求出给定顶点到其它任一顶点的最短路径。在弄清楚如何求算单源最短路径问题之前,必须弄清楚最短路径的最优子结构性质。

  一.最短路径的最优子结构性质

  该性质描述为:如果P(i,j)={Vi....Vk..Vs...Vj}是从顶点i到j的最短路径,k和s是这条路径上的一个中间顶点,那么P(k,s)必定是从k到s的最短路径。下面证明该性质的正确性。

  假设P(i,j)={Vi....Vk..Vs...Vj}是从顶点i到j的最短路径,则有P(i,j)=P(i,k)+P(k,s)+P(s,j)。而P(k,s)不是从k到s的最短距离,那么必定存在另一条从k到s的最短路径P'(k,s),那么P'(i,j)=P(i,k)+P'(k,s)+P(s,j)<P(i,j)。则与P(i,j)是从i到j的最短路径相矛盾。因此该性质得证。

  二.Dijkstra算法

  由上述性质可知,如果存在一条从i到j的最短路径(Vi.....Vk,Vj),Vk是Vj前面的一顶点。那么(Vi...Vk)也必定是从i到k的最短路径。为了求出最短路径,Dijkstra就提出了以最短路径长度递增,逐次生成最短路径的算法。譬如对于源顶点V0,首先选择其直接相邻的顶点中长度最短的顶点Vi,那么当前已知可得从V0到达Vj顶点的最短距离dist[j]=min{dist[j],dist[i]+matrix[i][j]}。根据这种思路,

  假设存在G=<V,E>,源顶点为V0,U={V0},dist[i]记录V0到i的最短距离,path[i]记录从V0到i路径上的i前面的一个顶点。

  1.从V-U中选择使dist[i]值最小的顶点i,将i加入到U中;

  2.更新与i直接相邻顶点的dist值。(dist[j]=min{dist[j],dist[i]+matrix[i][j]})

  3.知道U=V,停止。

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