spfa算法

以下理解为照搬两位大佬的理解，附上链接（%%%）

1、什么是spfa算法？
SPFA 算法是 Bellman-Ford算法 的队列优化算法的别称，通常用于求含负权边的单源最短路径，以及判负权环。SPFA一般情况复杂度是O(m)O(m) 最坏情况下复杂度和朴素 Bellman-Ford 相同，为O(nm)O(nm)。

bellman-ford算法操作如下：
for n次
for 所有边 a,b,w (松弛操作)
dist[b] = min(dist[b],back[a] + w)

spfa算法对第二行中所有边进行松弛操作进行了优化，原因是在bellman—ford算法中，即使该点的最短距离尚未更新过，但还是需要用尚未更新过的值去更新其他点，由此可知，该操作是不必要的，我们只需要找到更新过的值去更新其他点即可。

2、spfa算法步骤
queue <– 1
while queue 不为空
(1) t <– 队头
queue.pop()
(2)用 t 更新所有出边 t –> b，权值为w
queue <– b (若该点被更新过，则拿该点更新其他点)

时间复杂度 一般：O(m)O(m) 最坏：O(nm)O(nm)
n为点数，m为边数

3、spfa也能解决权值为正的图的最短距离问题，且一般情况下比Dijkstra算法还好

链接
来源：AcWing

值得注意的是
1) st数组的作用：判断当前的点是否已经加入到队列当中了；已经加入队列的结点就不需要反复的把该点加入到队列中了，就算此次还是会更新到源点的距离，那只用更新一下数值而不用加入到队列当中。
即便不使用st数组最终也没有什么关系，但是使用的好处在于可以提升效率。
2) SPFA算法看上去和Dijstra算法长得有一些像但是其中的意义还是相差甚远的:

1] Dijkstra算法中的st数组保存的是当前确定了到源点距离最小的点，且一旦确定了最小那么就不可逆了(不可标记为true后改变为false)；SPFA算法中的st数组仅仅只是表示的当前发生过更新的点，且spfa中的st数组可逆(可以在标记为true之后又标记为false)。顺带一提的是BFS中的st数组记录的是当前已经被遍历过的点。
2] Dijkstra算法里使用的是优先队列保存的是当前未确定最小距离的点，目的是快速的取出当前到源点距离最小的点；SPFA算法中使用的是队列(你也可以使用别的数据结构),目的只是记录一下当前发生过更新的点。

3) ⭐️Bellman_ford算法里最后return-1的判断条件写的是dist[n]>0x3f3f3f3f/2;而spfa算法写的是dist[n]==0x3f3f3f3f;其原因在于Bellman_ford算法会遍历所有的边，因此不管是不是和源点连通的边它都会得到更新；但是SPFA算法不一样，它相当于采用了BFS，因此遍历到的结点都是与源点连通的，因此如果你要求的n和源点不连通，它不会得到更新，还是保持的0x3f3f3f3f。

4) ⭐️ Bellman_ford算法可以存在负权回路，是因为其循环的次数是有限制的因此最终不会发生死循环；但是SPFA算法不可以，由于用了队列来存储，只要发生了更新就会不断的入队，因此假如有负权回路请你不要用SPFA否则会死循环。

5) ⭐️由于SPFA算法是由Bellman_ford算法优化而来，在最坏的情况下时间复杂度和它一样即时间复杂度为 O(nm)O(nm) ，假如题目时间允许可以直接用SPFA算法去解Dijkstra算法的题目。(好像SPFA有点小小万能的感觉?)

6) ⭐️求负环一般使用SPFA算法，方法是用一个cnt数组记录每个点到源点的边数，一个点被更新一次就+1，一旦有点的边数达到了n那就证明存在了负环。

链接
来源：AcWing

给定一个n个点m条边的有向图，图中可能存在重边和自环， 边权可能为负数。

请你求出1号点到n号点的最短距离，如果无法从1号点走到n号点，则输出impossible。

数据保证不存在负权回路。

输入格式

第一行包含整数n和m。

接下来m行每行包含三个整数x，y，z，表示存在一条从点x到点y的有向边，边长为z。

输出格式

输出一个整数，表示1号点到n号点的最短距离。

如果路径不存在，则输出”impossible”。

数据范围

1≤n,m≤1051≤n,m≤105,
图中涉及边长绝对值均不超过10000。

代码：

#include<iostream>
#include<cstring>
#include<algorithm>
#include<queue>
using namespace std;
const int N=100010;
int ne[N],e[N],h[N],idx;
int w[N];
int dist[N];
queue<int> q;
int n,m;
bool st[N];
void insert(int a,int b,int c)
{
    e[idx]=b;
    w[idx]=c;
    ne[idx]=h[a];
    h[a]=idx++;
}
int spfa()
{
    q.push(1);
    dist[1]=0;
    st[1]=true;
    while(q.size())
    {
        int t=q.front();
        q.pop();
        st[t]=false;
        for(int i=h[t];i!=-1;i=ne[i])
        {
            int j=e[i];
            if(dist[j]>dist[t]+w[i])
            {
                dist[j]=dist[t]+w[i];
                if(!st[j])
                {
                    st[j]=true;
                    q.push(j);
                }
            }
        }
    }
    if(dist[n]==0x3f3f3f3f) return -1;
    return dist[n];
}
int main()
{
    memset(h,-1,sizeof h);
    memset(dist,0x3f,sizeof dist);
    scanf("%d%d",&n,&m);
    while(m--)
    {
        int a,b,c;
        scanf("%d%d%d",&a,&b,&c);
        insert(a,b,c);
    }
    int ans=spfa();
    if(ans==-1) puts("impossible");
    else printf("%d\n",ans);
    return 0;
}