最短路的Bellman-Ford算法 【判断有无负权环】

Bellman-Ford算法是一种求单源最短路算法,时间复杂度:O(V * E)V为图的节点数,E为图的边数),效率很低,但比起dijkstra算法,它可以处理负权边,而且能判断源点是否有负权环(floyd算法只能求最短路不能判断有无),即从源点经过一段路后回到原点有无负权和。

过程:

BELLMAN-FORD(G, w, s)
1  INITIALIZE-SINGLE-SOURCE(G, s)
2  for i1 to |V[G]| - 1
3       do for each edge (u, v) ∈ E[G]
4              do RELAX(u, v, w)
5  for each edge (u, v) ∈ E[G]
6       do if d[v] > d[u] + w(u, v)
7             then return FALSE
8  return TRUE

for(节点数-1)                      // 跟 dijkstra一样
      对每条边松弛
for(每条边)
     if(可以松弛)
          return 存在负边
return 无负边

常用一个数组dis[]表示源点到各点距离

结构体{
int u;         // 起点
int v;         // 终点
int w;        // 边权
}edge[]表示边的信息

松弛部分很好理解,源点到某一边的终点距离 小于 源点到该边的起点距离  + 起点到终点距离 就更新 到终点距离

if( dis[edge[j].u] + edge[j].w < dis[edge[j].v] )
{
    dis[edge[j].v] = dis[edge[j].u] + edge[j].w;
}

下面看POJ 3259 例题

题意:有F个农场(测试数据组数),N个田(节点),M条双向路径(双/无向正权边),W个虫洞(单向负权边),问能否遇见原先的自己(负权环)

这题输入部分

输入F;
while(F--)
{
    输入N,M,W;
    1 -> M
        加边入图(双向边就当成两条边处理)
    1 -> W
        负权边入图(注意负权)
    进入算法
}

还可以用标记变量优化,见代码

#include<cstdio>
#include<cmath>
#include<cstring>
#include<iostream>
#include<algorithm>
using namespace std;
#define ll long long
#define NMAX 2502
#define INF 0x7F7F7F7F
#define eps 10^(-6)
#define MEM(a) memset(a,0,sizeof(a));
#define MEM_MAX(a) memset(a,INF,sizeof(a));
#define FOR(i,n) for(int i=0;i<n;i++)
#define FIN freopen("in.txt","r",stdin);
#define FOUT freopen("out.txt","w",stdout);

struct node
{
    int u,v,w;      //边的信息
}edge[NMAX*2+201];
int dis[NMAX];     //源点到各点距离
int N,M,W;         //N:节点数,M:正权双向边数,W:负权边数
int cnt;           //总边数:不等于M+W,因为双向边要算两条边
int bellman_ford(int src)
{
    for(int i=1;i<=N;i++)
        dis[i] = INF;
    dis[src] = 0;
    for(int i=1;i<N;i++)
    {
        bool flag = false;
        for(int j=1;j<=cnt-1;j++)
        {
            if( dis[edge[j].u] + edge[j].w < dis[edge[j].v] )
            {
               dis[edge[j].v] = dis[edge[j].u] + edge[j].w;
               flag = true; 
            }
        }
        if(!flag)   //优化:如果没一条边更新,则最短路完成或有边不可达
            break;
    }
    for(int i=1;i<=cnt-1;i++)
        if(dis[edge[i].u] + edge[i].w < dis[edge[i].v])
            return 0;
    return 1;
}

int main()
{
    int u,v,w,f,M,W;
    scanf("%d",&f);
    while(f--)
    {
        cnt = 1;
        scanf("%d%d%d",&N,&M,&W);
        for(int i=1;i<=M;i++)
        {
            scanf("%d%d%d",&u,&v,&w);
            edge[cnt].u = u;
            edge[cnt].v = v;
            edge[cnt++].w = w;
            edge[cnt].v = u;
            edge[cnt].u = v;
            edge[cnt++].w = w;
        }
        for(int i=1;i<=W;i++)
        {
            scanf("%d%d%d",&u,&v,&w);
            edge[cnt].u = u;
            edge[cnt].v = v;
            edge[cnt++].w = -w; //负权
        }
        if(bellman_ford(1))
            printf("NO\n");
        else
            printf("YES\n");
    }
    return 0;
}

此题的spfa解法

#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <string>
#include <stack>
#include <queue>
#include <iostream>
#include <algorithm>
using namespace std;

const int maxn = 505;
const int maxm = 2600;
const int inf = 0x3f3f3f3f;
int inq[maxn], head[maxn], dis[maxn];   //inq[u]==1:u在队列里
struct Edge{
    int v, w, next;
} edge[maxm * 2];
int cnt;
void add_edge(int u, int v, int w){ //邻接表前插法
    edge[cnt].v = v; edge[cnt].w = w; edge[cnt].next = head[u]; head[u] = cnt++;
}
int times[maxn];
void init(int n){
    cnt = 0;
    memset(head, -1, sizeof(head));
    memset(inq, 0, sizeof(inq));
    memset(dis, inf, sizeof(dis));
    memset(times, 0, sizeof(times));
}
int n;
bool spfa(int s, int t){
    queue<int>q;
    q.push(s);
    dis[s] = 0;
    inq[s] = 1;
    times[s]++;
    while (!q.empty()){
        int u = q.front(); q.pop();
        inq[u] = 0;
        for (int i = head[u]; i != -1; i = edge[i].next) {
            int v = edge[i].v;
            int w = edge[i].w;
            if (dis[v] > dis[u] + w){
                dis[v] = dis[u] + w;
                if (!inq[v]){
                    inq[v] = 1;
                    q.push(v);
                    times[v]++;
                    if(times[v] > n){
                        return false;
                    }
                }
            }
        }
    }
    return true;
}

int main() {
    int  m, a, b, c;
    int te;
    cin>>te;
    int qq;
    while(te--){
        cin >> n >> m>>qq;
        init(n);
        for (int i = 0; i < m; ++i){
            cin >> a >> b >> c;
            add_edge(a, b, c);
            add_edge(b, a, c);
        }
        for (int i = 0; i < qq; ++i){
            cin >> a >> b >> c;
            add_edge(a, b, -c);
        }
        if(spfa(1, n))
            cout<<"NO"<<endl;
        else
            cout<<"YES"<<endl;
    }
    return 0;
}

    原文作者:Bellman - ford算法
    原文地址: https://blog.csdn.net/u012469987/article/details/38714081
    本文转自网络文章,转载此文章仅为分享知识,如有侵权,请联系博主进行删除。
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