Floyd——图论(C++)

it2024-05-08  57

一、算法的特点

求任意两个顶点之间的最短路径 可以正确处理有向图或有向图或负权(但不可存在负权回路)的最短路径问题 同时也被用于计算有向图的传递闭包。

二、算法的思路

1、通过Floyd计算图G=(V,E)中各个顶点的最短路径时,需要引入两个矩阵, 2、矩阵D中的元素a[i][j]表示顶点i到顶点j的距离。 3、矩阵P中的元素b[i][j],表示顶点i到顶点j经过了b[i][j]记录的值所表示的顶点。 4、初始时,矩阵D中顶点a[i][j]的距离为顶点i到顶点j的权值;如果i和j不相邻,则a[i][j]=∞ 矩阵P的值为顶点b[i][j]的j的值。 5、第k次更新时,如果”a[i][j]的距离” > “a[i][k-1]+a[k-1][j]”,则更新a[i][j]为”a[i][k-1]+a[k-1][j]”,b[i][j]=b[i][k-1] 6、循环n次

三、Floyd算法的实例过程

例图

第一步:初始化a[i][j]和b[i][j]

图片来自Ouyang_Lianjun

第二步:以v1为中间点,更新两个矩阵

发现,a[1][0]+a[0][6] < a[1][6] 和a[6][0]+a[0][1] < a[6][1],所以我们只需要矩阵D和矩阵P,结果如下: 通过矩阵P,我发现v2–v7的最短路径是:v2–v1–v7

第三步:以v2为中间点,更新两个矩阵

Floyd算法每次都会选择一个中间点,然后,遍历整个矩阵,查找需要更新的值,最后得出结果

四、基本模板

时间复杂度是 O(n3), nn 表示点数

初始化: for (int i = 1; i <= n; i ++ ) > `这里是引用` for (int j = 1; j <= n; j ++ ) if (i == j) d[i][j] = 0; else d[i][j] = INF; // 算法结束后,d[a][b]表示a到b的最短距离 void floyd() { for (int k = 1; k <= n; k ++ ) for (int i = 1; i <= n; i ++ ) for (int j = 1; j <= n; j ++ ) d[i][j] = min(d[i][j], d[i][k] + d[k][j]); } 作者:yxc 链接:https://www.acwing.com/blog/content/405/ 来源:AcWing

五、经典例题

AcWing 854. Floyd求最短路 给定一个n个点m条边的有向图,图中可能存在重边和自环,边权可能为负数。

再给定k个询问,每个询问包含两个整数x和y,表示查询从点x到点y的最短距离,如果路径不存在,则输出“impossible”。

数据保证图中不存在负权回路。

输入格式 第一行包含三个整数n,m,k

接下来m行,每行包含三个整数x,y,z,表示存在一条从点x到点y的有向边,边长为z。

接下来k行,每行包含两个整数x,y,表示询问点x到点y的最短距离。

输出格式 共k行,每行输出一个整数,表示询问的结果,若询问两点间不存在路径,则输出“impossible”。

数据范围 1≤n≤200, 1≤k≤n2 1≤m≤20000, 图中涉及边长绝对值均不超过10000。

输入样例:

3 3 2 1 2 1 2 3 2 1 3 1 2 1 1 3

输出样例:

impossible 1 #include <cstring> #include <iostream> #include <algorithm> using namespace std; const int N = 210, INF = 1e9; int n, m, Q; int d[N][N]; void floyd() { for (int k = 1; k <= n; k ++ ) for (int i = 1; i <= n; i ++ ) for (int j = 1; j <= n; j ++ ) d[i][j] = min(d[i][j], d[i][k] + d[k][j]); } int main() { scanf("%d%d%d", &n, &m, &Q); for (int i = 1; i <= n; i ++ ) for (int j = 1; j <= n; j ++ ) if (i == j) d[i][j] = 0; else d[i][j] = INF;//初始化 while (m -- ) { int a, b, c; scanf("%d%d%d", &a, &b, &c); d[a][b] = min(d[a][b], c); //注意保存最小的边 } floyd(); while (Q -- ) { int a, b; scanf("%d%d", &a, &b); int t = d[a][b]; if (t > INF / 2) puts("impossible");//由于有负权边存在所以约大过INF/2也很合理 else printf("%d\n", t); } return 0; }
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