关于贝尔曼福特算法,假设有n个顶点,我们只需要遍历n-1轮就可以了,因为在一个含n个顶点的图中,任意两点之间的最短路径最多含有n-1条边, 什么原理,我就不讲了,网上大牛博客很多,我在这里上一点干货:
1.最原始的贝尔曼福特算法,时间复杂度为O(NM):
再次学习
//板子
#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <queue>
#include <vector>
#include <stack>
#include <algorithm>
using namespace std;
const int inf=0x3f3f3f3f;
const int N=5005;
int n,m;
struct node
{
int w;
int v;
int nex;
} e[N];
int firs[N],tot;
void edge(int u,int v,int w)
{
e[tot].w=w;
e[tot].v=v;
e[tot].nex=firs[u];
firs[u]=tot++;
}
int dis[N],vis[N];
void spfa(int u)
{
memset(dis,inf,sizeof(dis));
dis[u]=0;
memset(vis,0,sizeof(vis));
vis[u]=1;
queue<int>q;
q.push(u);
while(!q.empty())
{
int p=q.front();
q.pop();
vis[p]=0;
for(int i=firs[p]; i!=-1; i=e[i].nex)
{
if(dis[p]+e[i].w<dis[e[i].v])
{
dis[e[i].v]=dis[p]+e[i].w;
if(!vis[e[i].v])
{
q.push(e[i].v);
vis[e[i].v]=1;
}
}
}
}
}
int main()
{
while(~scanf("%d%d",&m,&n))
{
tot=0;
memset(firs,-1,sizeof(firs));
for(int i=0; i<m; i++)
{
int x,y,w;
scanf("%d%d%d",&x,&y,&w);
edge(x,y,w);
edge(y,x,w);
}
spfa(1);
printf("%d\n",dis[n]);
}
return 0;
}
外层进行n-1次循环,内层进行m次循环,内层每进行一次循环,至少找出来一条边能走通,而图有n个点,所以进行n-1就够了。
经过我数据的实验,它只能检查出来负权边,而不能避免负权边(就是每进行一次循环距离就会减少,我也不知道怎么描述QAQ)。
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <string>
#include <iostream>
#include <stack>
#include <queue>
#include <vector>
#include <algorithm>
#define mem(a,b) memset(a,b,sizeof(a))
#define maxnum 3010
#define inf 0x3f3f3f
using namespace std;
int main()
{
int dis[10],n,m,u[10],v[10],w[10];
//读入顶点个数和边的条数
scanf("%d%d",&n,&m);
//读入边
for(int i=1; i<=m; i++)
scanf("%d%d%d",&u[i],&v[i],&w[i]);
//初始化dis数组
for(int i=1; i<=n; i++)
dis[i]=inf;
dis[1]=0;
//贝尔曼-福特算法(Bellman-Ford)的核心语句
for(int k=1; k<=n-1; k++)
for(int i=1; i<=m; i++)
if(dis[u[i]]+w[i]<dis[v[i]])
dis[v[i]]=dis[u[i]]+w[i];
//输出结果
for(int i=1;i<=n;i++)
printf("%d ",dis[i]);
}
这个算法还可以用来检测一个图是否含有负权回路,如果进行了n-1轮松弛操作后仍然存在:
if(dis[u[i]]+w[i]<dis[v[i]])
dis[v[i]]=dis[u[i]]+w[i];
如果这种情况持续存在,那么这个图一定含有负权回路。
有时候在n-1轮松弛之前就已经算出了最短路,这时候我们可以判断一下来进行优化:
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <string>
#include <iostream>
#include <stack>
#include <queue>
#include <vector>
#include <algorithm>
#define mem(a,b) memset(a,b,sizeof(a))
#define maxnum 3010
#define inf 0x3f3f3f
using namespace std;//开四个数组
int dis[10],n,m,u[10],v[10],w[10],check,flag;
int main()
{
//读入顶点个数和边的条数
scanf("%d%d",&n,&m);
//第一步,读入边
for(int i=1; i<=m; i++)
scanf("%d%d%d",&u[i],&v[i],&w[i]);
//第二步,初始化dis数组
for(int i=1; i<=n; i++)
dis[i]=inf;
dis[1]=0;
//第三步,贝尔曼-福特算法(Bellman-Ford)的核心语句
for(int k=1; k<=n-1; k++)
{
for(int i=1; i<=m; i++)
if(dis[u[i]]+w[i]<dis[v[i]])
{
dis[v[i]]=dis[u[i]]+w[i];
check=1;//数组dis发生更新,改变check的值
}
//松弛完毕后检测dis是否有更新
if(check==0)break;//如果没有更新,提前退出循环
}
//检测负权回路并输出结果
flag=0;
for(int i=1; i<=m; i++)
if(dis[u[i]]+w[i]<dis[v[i]])
flag=1;
if(flag==1)
printf("此图含有负权回路\n");
else
{
for(int i=1; i<=n; i++)
printf("%d ",dis[i]);
}
}
2.贝尔曼福特算法的队列优化,时间复杂度为O(N):
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <string>
#include <iostream>
#include <stack>
#include <queue>
#include <vector>
#include <algorithm>
#define mem(a,b) memset(a,b,sizeof(a))
#define maxnum 3010
#define inf 0x3f3f3f
using namespace std; //开7个数组
int dis[maxnum],n,m,u[maxnum],v[maxnum],w[maxnum];
int first[maxnum],next[maxnum],vis[maxnum];
int main()
{
queue<int>q;
//读入顶点个数和边的条数
scanf("%d%d",&n,&m);
//首先三个初始化
//第一步,初始化dis数组
for(int i=1; i<=n; i++)
dis[i]=inf;
dis[1]=0;
//第二步,初始化vis
for(int i=1; i<=n; i++)
vis[i]=0;
//第三步,初始化first的下标为-1,表示1~n号顶点暂时都没有边
for(int i=1; i<=n; i++)
first[i]=-1;
//第四步,读入边并建立邻接表
for(int i=1; i<=m; i++)
{
scanf("%d%d%d",&u[i],&v[i],&w[i]);
next[i]=first[u[i]];
first[u[i]]=i;
}
//第五步,起始顶点入队
vis[1]=1;
q.push(1);
while(!q.empty())
{
//第六步,下一个点开始
int k=first[q.front()];
while(k!=-1)//扫描当前顶点所有的边
{
if(dis[u[k]]+w[k]<dis[v[k]])//第7步,判断是否松弛成功
{
dis[v[k]]=dis[u[k]]+w[k];//更新顶点1到顶点v[k]的路程
if(vis[v[k]]==0)//第8步,判断一个顶点是否在队列中,为0表示不在队列,加入队列
{
q.push(v[k]);
vis[v[k]]=1;//同时标记顶点v[k]已经入队
}
}
k=next[k];
}
vis[q.front()]=0;
q.pop();
}
//输出结果
for(int i=1; i<=n; i++)
printf("%d ",dis[i]);
return 0;
}
对于上面的代码,给出两组样例:
输入:
5 5
2 3 2
1 2 -3
1 5 5
4 5 2
3 4 3
输出:
0 -3 -1 2 4
输入:
5 7
1 2 2
1 5 10
2 3 3
2 5 7
3 4 4
4 5 5
5 3 6
输出:
0 2 5 9 9