最短路径-Dijkstra+Floyd+Spfa

Dijkstra算法：

Dijkstra(迪杰斯特拉)算法是典型的单源最短路径算法，用于计算一个节点到其他所有节点的最短路径。主要特点是以起始点为中心向外层层扩展，直到扩展到终点为止。Dijkstra算法是很有代表性的最短路径算法，在很多专业课程中都作为基本内容有详细的介绍，如数据结构，图论，运筹学等等。注意该算法要求图中不存在负权边。

问题描述：在无向图 G=(V,E) 中，假设每条边 E[i] 的长度为 w[i]，找到由顶点 V0 到其余各点的最短路径。（单源最短路径）

算法的基本思想是：每次找到离源点（上面例子的源点就是 1 号顶点）最近的一个顶点，然后以该顶点为中心进行扩展，最终得到源点到其余所有点的最短路径。基本步骤如下：

• 将所有的顶点分为两部分：已知最短路程的顶点集合 P 和未知最短路径的顶点集合 Q。最开始，已知最短路径的顶点集合 P 中只有源点一个顶点。我们这里用一个vis[i]数组来记录哪些点在集合 P 中。例如对于某个顶点 i，如果vis[i]为 1 则表示这个顶点在集合 P 中，如果 vis [i]为 0 则表示这个顶点在集合 Q 中。
• 设置源点 s 到自己的最短路径为 0 即 dis=0。若存在源点有能直接到达的顶点 i，则把 dist[ i ]设为 e[s][i]。同时把所有其它（源点不能直接到达的）顶点的最短路径为设为 ∞。
• 在集合 Q 的所有顶点中选择一个离源点 s 最近的顶点 u（即 dist[u]最小）加入到集合 P。并考察所有以点 u 为起点的边，对每一条边进行松弛操作。例如存在一条从 u 到 v 的边，那么可以通过将边 u->v 添加到尾部来拓展一条从 s 到 v 的路径，这条路径的长度是 dist[u]+e[u][v]。如果这个值比目前已知的 dist[v]的值要小，我们可以用新值来替代当前 dist[v]中的值。
• 重复第 3 步，如果集合 Q 为空，算法结束。最终 dist 数组中的值就是源点到所有顶点的最短路径。

Floyd算法:

Floyd算法又称为插点法，理解起来也很方便，复杂度为o(n³)，如要从结点1到结点n，可以由1直通n，再逐渐向其中插入其他结点作为中转点，不断更新在插入结点后的最短路径。

代码也很简洁，四行的算法。

 

 for(int i=1;i<=n;i++)
    for(int j=1;j<=n;j++)
    for(int k=1;k<=n;k++)
    e[j][k]=min(e[j][i]+e[i][k],e[j][k]);

 

 Spfa：

SPFA的思路比较简单，网上的说法也比较统一，NOCOW和百度百科上都有。这里在网上找到讲的比较通俗易懂的：

*SPFA(Shortest Path Faster Algorithm) *是Bellman-Ford算法的一种队列实现，减少了不必要的冗余计算。 算法大致流程是用一个队列来进行维护。 初始时将源加入队列。 每次从队列中取出一个元素， 并对所有与他相邻的点进行松弛，若某个相邻的点松弛成功，则将其入队。 直到队列为空时算法结束。 它可以在O(kE)的时间复杂度内求出源点到其他所有点的最短路径，可以处理负边。

SPFA 在形式上和BFS非常类似，不同的是BFS中一个点出了队列就不可能重新进入队列，但是SPFA中 一个点可能在出队列之后再次被放入队列，也就是一个点改进过其它的点之后，过了一段时间可能本 身被改进，于是再次用来改进其它的点，这样反复迭代下去。

判断有无负环：如果某个点进入队列的次数超过V次则存在负环（SPFA无法处理带负环的图）。

 其实吧...Spfa老被卡...最好还是用dijkstra吧

HDU-3790 最短路径（模板题）

Dijkstra版：

这个算法还能利用堆和优先队列进行优化

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
typedef long long ll;
typedef unsigned long long ull;
#define INF 0X3f3f3f3f
const ll MAXN = 1e3 + 7;
const ll mod = 1e9 + 7;
//权值为正
int n, m;
int vis[MAXN];
int dist[MAXN];
int a[MAXN][MAXN];
void Dijkstra(int x,int y)
{
    for (int i = 1; i <= n; i++)
    {
        dist[i] = a[x][i];
        vis[i] = 0;
    }
    vis[x] = 1;
    int p;
    for (int i = 1; i <= n; i++)
    {
        int minn = INF;
        for (int j = 1; j <= n; j++)
        {
            if (!vis[j] && dist[j] < minn)
            {   
                minn = dist[j];
                p = j;
            }
        }
        vis[p] = 1;
        for (int j = 1; j <= n; j++)
            if (!vis[j] && dist[p] + a[p][j] < dist[j])
                dist[j] = dist[p] + a[p][j];//更新这个找到的距离最小的点所连的点的距离 
    }
}
int main()
{
    ios::sync_with_stdio(false);
    while (cin >> n >> m && n && m)
    {
        memset(a,INF,sizeof(a));
        for (int i = 0; i < m; i++)
        {
            int x, y, len;
            cin >> x >> y >> len;
            a[x][y] = len;
            a[y][x] = len; //无向图
        }
        Dijkstra(1,n);
        cout << dist[n] << endl;
    }
}

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
typedef long long ll;
typedef unsigned long long ull;
#define INF 0x3f3f3f3f
const ll MAXN = 1e3 + 7;
const ll MOD = 1e9 + 7;
const double pi = acos(-1);
struct node
{
    int v, c;
    node(int a = 0, int b = 0) { v = a, c = b; }
    bool operator<(const node &a) const
    {
        if (c == a.c)
            return v < a.v;
        else
            return c > a.c;
    }
};
struct Edge
{
    int v, cost;
    Edge(int _v = 0, int _cost = 0) { v = _v, cost = _cost; }
};
vector<Edge> G[MAXN];
bool vis[MAXN];
int dist[MAXN];
//点的编号从1开始
void Dijkstra(int n, int start)
{
    memset(vis, false, sizeof(vis));
    for (int i = 1; i <= n; i++)
        dist[i] = INF;
    priority_queue<node> que;
    while (!que.empty())
        que.pop();
    dist[start] = 0;
    que.push(node(start, 0));
    node temp;
    while (!que.empty())
    {
        temp = que.top();
        que.pop();
        int u = temp.v;
        if (vis[u])
            continue;
        vis[u] = true;
        for (int i = 0; i < G[u].size(); i++)
        {
            int v = G[temp.v][i].v;
            int cost = G[u][i].cost;
            if (!vis[v] && dist[v] > dist[u] + cost)
            {
                dist[v] = dist[u] + cost;
                que.push(node(v, dist[v]));
            }
        }
    }
}
void addedge(int u, int v, int w)
{
    G[u].push_back(Edge(v, w));
}
void init(int n)
{
    for (int i = 1; i <= n; i++)
        G[i].clear();
    return;
}
int main()
{
    ios::sync_with_stdio(false);
    cin.tie(0);
    cout.tie(0);
    int n, m;
    while (cin >> n >> m && n && m)
    {
        init(n);
        for (int i = 0; i < m; i++)
        {
            int x, y, len;
            cin >> x >> y >> len;
            addedge(x, y, len);
            addedge(y, x, len);
        }
        Dijkstra(n, 1);
        cout << dist[n] << endl;
    }
    return 0;
}

Floyd版：

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
typedef long long ll;
typedef unsigned long long ull;
#define INF 0X3f3f3f3f
const ll MAXN = 1e3 + 7;
const ll mod = 1e9 + 7;
//可处理权值为负的情况
int n,m;
int e[MAXN][MAXN];
void floyd()
{
    for(int i=1;i<=n;i++)
    for(int j=1;j<=n;j++)
    for(int k=1;k<=n;k++)
    e[j][k]=min(e[j][i]+e[i][k],e[j][k]);
}
int main()
{
    while(cin>>n>>m&&n&&m)
    {
        memset(e,INF,sizeof(e));
        for(int i=0;i<m;i++)
        {
            int a,b,c;
            cin>>a>>b>>c;
            e[a][b]=c;
            e[b][a]=c;
        }
        floyd();
        cout<<e[1][n]<<endl;
    }
    return 0;
}

 Spfa:

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
typedef long long ll;
typedef unsigned long long ull;
#define INF 0x3f3f3f3f
const ll MAXN = 1e5 + 7;
const ll MOD = 1e9 + 7;
const double pi = acos(-1);
int dist[MAXN];
bool vis[MAXN];
int pre[MAXN]; //pre[x]记录的是起点为x的链表之首在数组p的位置（相当于头插法）
int n, m;
struct Edge
{
    int to;  //边的终点
    int w;   //边的权值
    int pre; //同一个起点的上一个边在数组E里的位置
    Edge(int _to = 0, int _w = 0, int _pre = 0) { to = _to, w = _w, pre = _pre; }
} E[MAXN]; //边的数目
void Spfa()
{
    queue<int> q;
    int g, j; //起点为1， 终点为end
    int start = 1;
    int end = n;
    for (int i = 1; i <= n; i++)
        dist[i] = INF;
    dist[start] = 0;
    q.push(start);
    vis[start] = 1;
    while (!q.empty())
    {
        g = q.front();
        q.pop();
        vis[g] = 0;
        for (j = pre[g]; j != -1; j = E[j].pre)
        {
            if (dist[E[j].to] > E[j].w + dist[g]) //能够进行松弛
            {
                dist[E[j].to] = E[j].w + dist[g];
                if (!vis[E[j].to]) //该节点v不在序列中
                {
                    vis[E[j].to] = 1;
                    q.push(E[j].to);
                }
            }
        }
    }
    return;
}
int main()
{
    ios::sync_with_stdio(false);
    cin.tie(0);
    cout.tie(0);
    while (cin >> n >> m && n + m)
    {
        memset(pre, -1, sizeof(pre));
        int id = 0;
        for (int i = 0; i < m; i++)
        {
            int x, y, len;
            cin >> x >> y >> len;
            E[id].to = y;
            E[id].w = len;
            E[id].pre = pre[x];
            pre[x] = id;
            id++;
            //双向
            E[id].to = x;
            E[id].w = len;
            E[id].pre = pre[y];
            pre[y] = id;
            id++;
        }
        Spfa();
        cout << dist[n] << endl;
    }
    return 0;
}//未判负环(如果某个点进入队列的次数超过V次则存在负环

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
typedef long long ll;
typedef unsigned long long ull;
#define INF 0X3f3f3f3f
const ll MAXN = 1e3 + 7;
const ll mod = 1e9 + 7;
int e[MAXN][MAXN];     //邻接矩阵
bool vis[MAXN];        //标记数组
int dist[MAXN];        //源点到顶点i的最短距离
int path[MAXN];        //记录最短路的路径
int enqueue_num[MAXN]; //记录入队次数
int n;                 //顶点数
int m;                 //边数
int s;                 //源点
bool SPFA()
{
    memset(vis, 0, sizeof(vis));
    memset(enqueue_num, 0, sizeof(enqueue_num));
    for (int i = 1; i <= n; i++)
    {
        dist[i] = INF;
        path[i] = s;
    }
    queue<int> Q;
    Q.push(s);
    dist[s] = 0;
    vis[s] = 1;
    enqueue_num[s]++;
    while (!Q.empty())
    {
        int u = Q.front();
        Q.pop();
        vis[u] = 0;
        for (int v = 1; v <= n; v++)
        {
            if (e[u][v] != INF) //u与v直接邻接
            {
                if (dist[u] + e[u][v] < dist[v]) //松弛操作
                {
                    dist[v] = dist[u] + e[u][v];
                    path[v] = u;
                    if (!vis[v])
                    {
                        Q.push(v);
                        enqueue_num[v]++;
                        if (enqueue_num[v] >= n)//说明存在负环
                            return false;
                        vis[v] = 1;
                    }
                }
            }
        }
    }
    return true;
}
/* 到某点的最短path及最短path的len */
void Print()
{
    for (int i = 1; i <= n; i++)
    {
        if (i != s)
        {
            int p = i;
            stack<int> st;
            cout << "顶点 " << s << " 到顶点 " << p << " 的最短路径是： ";
            while (s != p) //路径顺序是逆向的，所以先保存到栈
            {
                st.push(p);
                p = path[p];
            }
            cout << s;
            while (!st.empty()) //依次从栈中取出的才是正序路径
            {
                cout << "--" << st.top();
                st.pop();
            }
            cout << "    最短路径长度是：" << dist[i] << endl;
        }
    }
}
int main()
{
    while (cin >> n >> m && n && m)
    {
        s=1;
        for (int i = 1; i <= n; i++)
            for (int j = 1; j <= n; j++)
                e[i][j] = INF; //初始化e数组
        int u, v, w;
        for (int i = 0; i < m; i++)
        {
            cin >> u >> v >> w;
            e[u][v] = w;
            e[v][u] = w;
        }
        if (SPFA())
            cout<<dist[n]<<endl;
        else
            cout << "Sorry,it have negative circle!\n"; //存在负环
    }

    return 0;
}