用邻接矩阵的Dijkstra算法的代码:
int cost[RANGE][RANGE];
int d[RANGE];
bool used[RANGE];
int n,m; //顶点数,边数
void Dijkstra( int s )
{
int i,v,u;
for( i=1; i<=n; ++i )
{
used[i]=false;
d[i]=cost[1][i];
}
d[s]=0;
while( true )
{
v=-1;
for( u=1; u<=n; ++u )
if( !used[u] && ( v==-1 || d[u]<d[v]) )
v=u;
if( v==-1 ) break;
used[v]=true;
for( u=1; u<=n; ++u )
d[u]= min( d[u],d[v]+cost[v][u] );
}
}
使用邻接矩阵实现的dijkstra算法的复杂度是O(V²)。使用邻接表的话,更新最短距离只需要访问每条边一次即可,因此这部分的复杂度是O(E).但是每次要枚举所有的顶点来查找下一个使用的顶点,因此最终复杂度还是O(V²)。在|E|比较小时,大部分的时间都花在了查找下一个使用的顶点上,因此需要使用合适的数据结构进行优化。
需要优化的是数值的插入(更新)和取出最小值两个操作,因此使用堆就可以了。把每个顶点当前的最短距离用堆来维护,在更新最短距离时,把对应的元素往根的方向移动以满足堆的性质。而每次从堆中取出的最小值就是下一次要用的顶点。这样堆中的元素共有O(V)个,更新和取出的操作有O(E)次,因此整个算法的复杂度是O(ElogV)。
下面是使用STL的priority_queue实现。在每次更新时往堆里插入当前最短距离和顶点的值对。插入的次数是O(E)次,当取出的最小值不是最短距离的话,就丢弃这个值。这样整个算法也可以在同样的时间内完成。
struct edge {int to,cost;};
typedef pair<int,int> P; //first是最短距离,second是顶点的编号
int V;//顶点个数
vector<edge> G[MAXV];
int d[MAXV];
void dijkstra(int s)
{
priority_queue<P,vector<P>,greater<P> > que;
memset(d,INF,sizeof d);
d[s] = 0;
que.push(P(0,s)); //把起点推入队列
while(!que.empty())
{
P p = que.top(); que.pop();
int v = p.second; //顶点的编号
if (d[v] < p.first) continue;
for(int i = 0; i < G[v].size(); i++)
{
edge e = G[v][i];
if (d[e.to] > d[v] + e.cost)
{
d[e.to] = d[v] + e.cost;
que.push(P(d[e.to],e.to));
}
}
}
}
相对于Bellman-Ford的O(VE)的复杂度,Dijkstra的复杂度是O(ElogV),可以更加高效地计算最短路的长度。不过需要注意的一点:当图中存在负边的情况下,Dijkstra算法就无法正确求解问题,还是需要使用Bellman-Ford算法。