重要应用:在负权的图的单源最短路问题
Bellman-Ford 算法和 Dijkstra 算法都是可以解决单源最短路径的算法,一个实现的很好的 Dijkstra 算法比 Bellman-Ford 算法的运行时间要低,但dijkstra算法无法解决存在负权环的图的单源最短路问题(因为dijkstra算法每循环一次,确定一条到某个顶点的最短路,之所以能确定,是因为每条边都是正值,若到达其他顶点的最短路经过该顶点,则最短路总权值会更大)。
Bellman-Ford 算法描述:
如求下图单源最短路径,以1为源点,求到各顶点的最短路径,黑色代表权值,红色代表第几条边(是第几条边在实际中会不同,这里是假设 )
1.初始化:
将除源点外的所有顶点的最短距离估计值 d[v] =+∞,源顶点距离为 0;
2.迭代求解计算最短路径:
执行 V – 1 次 (遍历一条最短路径经过的点最多是v-1个嘛,所有松弛|v|-1次后最短路必然会出现!);
反复对边集e中的每条边进行松弛操作,(即如果起点 u 的距离 d 加上边的权值 w 小于终点 v 的距离 d,则更新终点 v 的距离值 d),使得顶点集V中的每个顶点v的最短距离估计值逐步逼近其最短距离;
第一次循环:
从第一条边开始到第十条边进行松弛操作;
得到下图:
第二次循环:
也是从第一条边开始到第十条边进行松弛操作;与上面同理;
得到如图;
第三次循环:
也是从第一条边开始到第十条边进行松弛操作;与上面同理;
因为第三次循环发现任何没有任何一个更新,说明到各个顶点的最短路都已经找到,break;跳出循环,结束
3.检验负权回路:
遍历图中的所有边,计算 u 至 v 的距离,如果对于 v 存在更小的距离,则说明存在环(因为经过上面步骤二, 如果不存在负环,则到各点的最短路已经确定);
for(i=1;i<=enum;i++) //检查有无负权环
{
if(d[edge[i].v]>dis[e[i].u]+edge[i].w)
{
flag = false;//存在负环
break;
}
}
代码:无路径
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#define Max 99999
int m,n,d[10000];//n条边
struct Edge{
int u;
int v;
int w;
}e[10000];
bellmenford(int root){
int i,j,k;
for(i=1;i<=m;i++){
d[i]=Max;
}
d[root]=0;
for(k=0;k<m-1;k++){//循环k-1次
for(i=1;i<=n;i++){//循环每条边
if(d[e[i].v]>d[e[i].u]+e[i].w){//如果起点 u 的距离 d 加上边的权值 w 小于终点 v 的距离 d,则更新终点 v 的距离值 d
d[e[i].v]=d[e[i].u]+e[i].w;
}
}
}
for(i=1;i<=n;i++){//判断负环
if(d[e[i].v]>d[e[i].u]+e[i].w){
printf("NO");
return 0;
}
}
for(i=1;i<=m;i++){
printf("%d ",d[i]);
}
}
int main(){
int i,j,k=1;
scanf("%d%d",&m,&n);
for(i=1;i<=n;i++){
scanf("%d%d%d",&e[k].u,&e[k].v,&e[k].w);
k++;
}
bellmenford(1);
return 0;
}
有路径输出:
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#define Max 99999
int m,n,d[10000],pre[10000];//n条边,d[]表示到某顶点的总权值,pre[]记录路径
struct Edge{
int u;
int v;
int w;
}e[10000];
bellmenford(int root){
int i,j,k;
for(i=1;i<=m;i++){
d[i]=Max;
pre[i]=root;//初始化到各顶点的路径的起点为源点
}
d[root]=0;
for(k=0;k<m-1;k++){//循环k-1次
for(i=1;i<=n;i++){//循环每条边
if(d[e[i].v]>d[e[i].u]+e[i].w){//如果起点 u 的距离 d 加上边的权值 w 小于终点 v 的距离 d,则更新终点 v 的距离值 d
d[e[i].v]=d[e[i].u]+e[i].w;
pre[e[i].v]=e[i].u;//到v点经过u点
}
}
}
for(i=1;i<=n;i++){//判断负环
if(d[e[i].v]>d[e[i].u]+e[i].w){
printf("NO");
return 0;
}
}
for(i=1;i<=m;i++){
printf("%d %d ",d[i],i);
j=i;
while(pre[j]!=root){
printf("%d ",pre[j]);
j=pre[j];
}
if(i!=root)printf("%d",root);
printf("\n");
}
}
int main(){
int i,j,k=1;
scanf("%d%d",&m,&n);
for(i=1;i<=n;i++){
scanf("%d%d%d",&e[k].u,&e[k].v,&e[k].w);
k++;
}
bellmenford(1);
return 0;
}