Bellman-Ford算法可以解决权值有负值的图的单源最短路径,但不能存在从源点可达的权为负的回路,能够检测负圈。可以是有向图,也可以是无向图,但无向图中不能有负边(因为无向图有负边的话,这两个点之间就有负环路了)。
Bellman-Ford算法的时间复杂度是O(V*E)。(V是定点数,E是边数)
Bellman-Ford算法的流程如下:
给定图G(V, E)(其中V、E分别为图G的顶点集与边集),源点s,数组Distant[i]记录从源点s到顶点i的路径长度,初始化数组Distant[n]为, Distant[s]为0;
以下操作循环执行至多n-1次,n为顶点数:
对于每一条边e(u, v),如果Distant[u] + w(u, v) < Distant[v],则另Distant[v] = Distant[u]+w(u, v)。w(u, v)为边e(u,v)的权值;
若上述操作没有对Distant进行更新,说明最短路径已经查找完毕,或者部分点不可达,跳出循环。否则执行下次循环;
为了检测图中是否存在负环路,即权值之和小于0的环路。对于每一条边e(u, v),如果存在Distant[u] + w(u, v) < Distant[v]的边,则图中存在负环路,即是说改图无法求出单源最短路径。否则数组Distant[n]中记录的就是源点s到各顶点的最短路径长度。
可知,Bellman-Ford算法寻找单源最短路径的时间复杂度为O(V*E).
Bellman-Ford算法可以大致分为三个部分
第一,初始化所有点。每一个点保存一个值,表示从原点到达这个点的距离,将原点的值设为0,其它的点的值设为无穷大(表示不可达)。
第二,进行循环,循环下标为从1到n-1(n等于图中点的个数)。在循环内部,遍历所有的边,进行松弛计算。
第三,遍历途中所有的边(edge(u,v)),判断是否存在这样情况:
d(v) > d (u) + w(u,v),若返回false,表示途中存在从源点可达的权为负的回路。
之所以需要第三部分的原因,是因为,如果存在从源点可达的权为负的回路。则 应为无法收敛而导致不能求出最短路径。
代码:
#include <stdio.h>
#define INF 0xfffffff
#define N 10050
struct Link{
int from;
int to;
int len;
};
Link Road[N];
int CityNum, RoadNum;
int dis[220], pre[220];
int Pa[N];
bool Bellman_Ford(int start){
for(int i = 0; i < CityNum; i ++){
dis[i] = INF;
}
dis[start] = 0;
for(int i = 0; i < CityNum - 1; i ++){ //循环n-1次 ,因为最短路径最多n-1条边
for(int j = 0; j < RoadNum; j ++){
if(dis[Road[j].to] > dis[Road[j].from] + Road[j].len){
dis[Road[j].to] = dis[Road[j].from] + Road[j].len;
pre[Road[j].to] = Road[j].from;
}
}
}
bool flag = true;
for(int i = 0; i < RoadNum; i++){
if(dis[Road[i].to] > dis[Road[i].from] + Road[i].len){
flag = false;
break;
}
}
return flag;
}
void Path(int start, int end){
int i = 0, tmp = end;
while(tmp != start){
Pa[i++] = tmp;
tmp = pre[tmp];
}
Pa[i++] = start;
for(int j = i - 1; j >= 0; j--)
printf("%d ", Pa[j]);
puts("");
}
int main()
{
int start, end;
while(scanf("%d%d", &CityNum, &RoadNum) != EOF){
for(int i = 0; i < RoadNum; i ++){
scanf("%d%d%d", &Road[i].from, &Road[i].to, &Road[i].len);
}
scanf("%d%d", &start, &end);
if(Bellman_Ford(start)){
if(dis[end] == INF){
printf("-1\n");
}
else{
printf("%d\n", dis[end]);
Path(start, end);
}
}
else
printf("have negative circle\n");
}
return 0;
}
考虑:为什么要循环n-1次?
答:因为最短路径肯定是个简单路径,不可能包含回路的,
如果包含回路,且回路的权值和为正的,那么去掉这个回路,可以得到更短的路径
如果回路的权值是负的,那么肯定没有解了
图有n个点,又不能有回路
所以最短路径最多n-1边
又因为每次循环,至少relax一边
所以最多n-1次就行了
参考:http://www.wutianqi.com/?p=1912