(一)迪杰斯特拉算法(時間復(fù)雜度O(n2))
迪杰斯特拉(Dijkstra)算法是求某個源點到其余各頂點的最短路徑,這是一個按路徑長度遞增的次序產(chǎn)生最短路徑的算法。
首先引進一個輔助向量D,它的每個分量D[i]表示當前所找到的從始點v到每個終點vi的最短路徑的長度。它的初態(tài)為:若從v到vi有弧,則D[i]為弧上的權(quán)值;否則置D[i]為無窮大。顯然,長度為D[j]=Min{D[i]|vi屬于V}的路徑就是從v出發(fā)的長度最短的一條最短路徑。因此,在一般情況下,下一條長度次短的最短路徑的長度必為D[j]=Min{D[i]|vi 屬于 V-S} 其中D[i]或者為弧(v,vi)上的權(quán)值,或者是D[k](vk屬于S)和弧(vk,vi)上的權(quán)值之和。算法步驟如下:
(1)假設(shè)用帶權(quán)的鄰接矩陣arcs來表示帶權(quán)有向圖,arcs[i][j]表示弧(vi,vj)上的權(quán)值。若(vi,vj)不存在,則置arcs[i][j]為無窮大。S為已找到從v出發(fā)的最短路徑的終點的集合,它的初始狀態(tài)為空集。那么,從v出發(fā)到圖上其余各頂點(終點)vi,可能達到的最短路徑長度的初值為:
D[i]=G.arcs[v][vi],vi屬于V
(2)選擇Vj,使得
D[j]=Min{D[i]|vi 屬于V-S}
vj 就是當前求得的一條從v出發(fā)的最短路徑的終點。令
S=SU {j}
(3) 修改從v出發(fā)到集合V-S上任一頂點vk可達的最短路徑長度。如果D[j]+arcs[j][k]<D[k]則修改D[k]為 D[k]=D[j]+arcs[j][k]
(4) 重復(fù)操作(2),(3)共 n-1次。由此求得從v到圖上其余各頂點的最短路徑是依路徑長度遞增的序列。
(二)弗洛伊德(Floyd)算法(時間復(fù)雜度為O(n3))
弗洛伊德(Floyd)算法是求圖中每一對頂點之間的最短路徑,時間復(fù)雜度為O(n3).
弗洛伊德算法仍從圖的帶權(quán)鄰接矩陣cost出發(fā),其基本思想是 :
假設(shè)求從頂點vi到vj的最短路徑。如果從vi到vj有弧,則從vi到vj存在一條長度arcs[i][j]的路徑,該路徑不一定是最短路徑,尚需進行n次試探。首先考慮路徑(vi,v0,vj)是否存在(即判別弧(vi,v0)和(v0,vj)是否存在)。 如果存在,則比較(vi,vj)和(vi,v0,vj)是否存在(即判別弧(vi,v0)和(v0,vj)是否存在).如果存在,則比較(vi,vj)和(vi,v0,vj)的路徑長度取長度較短者為從vi到vj的中間頂點的序號不大于0的最短路徑。假如在路徑上再增加一個頂點v1,也就是說,如果(vi,...v1)和(v1...vj)分別為當前找到的中間頂點的序號不大于0的最短路徑,那么(vi,...,v1,...vj)就有可能是從vi到vj的中間頂點的序號不大于1的最短路徑。將它和已經(jīng)得到的從vi到vj中間的頂點序號不大于0的最短路徑相比較,從中選出中間頂點的序號不大于1的最短路徑之后,再增加一個頂點v2,繼續(xù)進行試探。依次類推。在一般情況下,若(vi,...,vk)和(vk,...vj)分別是從vi到vk和從vk到vj的中間頂點的序號不大于k-1的最短路徑,則將(vi,...vk,...vj)和已經(jīng)得到的從vi到vj且中間頂點序號不大于k-1的最短路徑相比較,其長度較短者便是從vi到vj的中間頂點的序號不大于k的最短路徑。這樣,在經(jīng)過n次比較后,最后求得的必是從vi到vj的最短路徑。
現(xiàn)定義一個n階方陣序列
D(-1),D(0),D(1),...D(k),...D(n-1)
其中
D(-1)[i][j]=G.arcs[i][j].
D(k)[i][j]=Min{D(k-1)[i][j],D(k-1)[i][k]+D(k-1)[k][j]} 0<=k<=n-1
從上述計算公式可見,D(1)[i][j]是從vi到vj的中間頂點的序號不大于1的最短路徑的長度。D(k)[i][j]是從vi到vj的中間頂點的序號不大于k的最短路徑的長度。D(n-1)[i][j]就是從vi到vj的最短路徑的長度。