Bellman-Ford算法

#include<stdio.h>
#define max 0xffffff
int g[20001][20001];    //图的邻接矩阵
int dist[20001];
int n;//顶点个数
int m;//边个数
struct Edge
{
    int u, v, w;    //边：起点、终点、权值
};
Edge e[200001];
bool bellman_ford(int n)//bellman-ford算法
{
    int i, k, t,j;
    for(i=0;i<n;i++)
        dist[i]=g[0][i];//初始化
    for(i=1;i<=n-1;i++)
    {

    /*假设第k条边的起点是u,终点是v,以下循环考虑第k条边是否会使得源点v0到v的
        最短距离缩短,即判断dist[edges[k].u] + edges[k].w < dist[edges[k].v] 是否成立*/
        for(j=0;j<n;j++)
        {
            printf("%d ",dist[j]);
        }
       printf("\n");
        for(k=1;k<=m;k++)
        {
            t=dist[e[k].u]+e[k].w;
            if(dist[e[k].u]<max&&t<dist[e[k].v])
            {
                dist[e[k].v] = t;
            }
        }
    }
    /*以下是检查，若还有更新则说明存在无限循环的负值回路*/
    for(k = 0; k < m; k ++)
    {
        if(dist[e[k].u] != max &&dist[e[k].u] + e[k].w < dist[e[k].v])
        {
            return false;
        }
    }
    return true;
}

int main()
{
    scanf("%d %d",&n,&m);
    int i,j;
    for(i=0;i<n;i++)
    {
        for(j=0;j<n;j++)
            g[i][j]=max;
        g[i][i]=0;
    }
    for(i=1;i<=m;i++)
    {
        int a,b,c;
        scanf("%d %d %d",&a,&b,&c);
        e[i].u=a;
        e[i].v=b;
        e[i].w=c;
        g[a][b]=c;
    }
    for(i=0;i<n;i++)
    {
        for(j=0;j<n;j++)
            printf("%d ",g[i][j]);
        printf("\n");
    }
    bellman_ford(n);
    for(i=0;i<n;i++)
    {
        printf("%d\n",dist[i]);
    }

    return 0;
}



/*

  7 10
  0 1 6
  0 2 5
  0 3 5
  1 4 -1
  2 1 -2
  2 4 1
  3 2 -2
  3 5 -1
  4 6 3
  5 6 3
  
Press any key to continue


*/

Bellman-Ford算法：

为了能够求解边上带有负值的单源最短路径问题，Bellman(贝尔曼)和Ford(福特)提出了从源点逐次绕过其他顶点，以缩短到达终点的最短路径长度的方法。

 

 

Bellman-Ford算法思想

 

Bellman-Ford算法构造一个最短路径长度数组序列dist 1 [u], dist 2 [u], …, dist n-1 [u]。其中：

vdist 1 [u]为从源点v到终点u的只经过一条边的最短路径长度，并有dist 1 [u] =Edge[v][u]；

vdist 2 [u]为从源点v最多经过两条边到达终点u的最短路径长度；

vdist 3 [u]为从源点v出发最多经过不构成负权值回路的三条边到达终点u的最短路径长度；

……

vdist n-1 [u]为从源点v出发最多经过不构成负权值回路的n-1条边到达终点u的最短路径长度；

算法的最终目的是计算出dist n-1 [u]，为源点v到顶点u的最短路径长度。

 

 

ü采用递推方式计算 dist k [u]。

v设已经求出 dist k-1 [u] , u = 0, 1, …, n-1，此即从源点v最多经过不构成负权值回路的k-1条边到达终点u的最短路径的长度。

v从图的邻接矩阵可以找到各个顶点j到达顶点u的距离Edge[j][u]，计算min{ dist k-1 [j] + Edge[j][u] } ，可得从源点v绕过各个顶点，最多经过不构成负权值回路的k条边到达终点u的最短路径的长度。

v比较dist k-1 [u]和min{ dist k-1 [j] + Edge[j][u] } ，取较小者作为dist k [u]的值。

 

递推公式(求顶点u到源点v的最短路径)：

dist 1 [u] = Edge[v][u]

dist k [u] = min{ dist k-1 [u], min{ dist k-1 [j] + Edge[j][u] } }, j=0,1,…,n-1,j≠u

 

struct Edge
{
    int u, v, w;    //边：起点、终点、权值
};
Edge e[10001];
void bellman_ford(int n)//bellman-ford算法
{
    int i, k, t;
    for(i=1;i<=n;i++)
        dist[i]=g[1][i];//初始化
    for(i=2;i<=n;i++)
    {
        for(k=1;k<=m;k++)
        {
            t=dist[e[k].u]+e[k].w;
            if(dist[e[k].u]<max&&t<dist[e[k].v])
            {
                dist[e[k].v] = t;
            }
        }
    }
}

 

代码实现：0(v*e)

#include<stdio.h>
#define max 0xffffff
int g[20001][20001];    //图的邻接矩阵
int dist[20001];
int n;//顶点个数
int m;//边个数
struct Edge
{
    int u, v, w;    //边：起点、终点、权值
};
Edge e[200001];
bool bellman_ford(int n)//bellman-ford算法
{
    int i, k, t,j;
    for(i=0;i<n;i++)
        dist[i]=g[0][i];//初始化
    for(i=1;i<=n-1;i++)
    {

    /*假设第k条边的起点是u,终点是v,以下循环考虑第k条边是否会使得源点v0到v的
        最短距离缩短,即判断dist[edges[k].u] + edges[k].w < dist[edges[k].v] 是否成立*/
        for(j=0;j<n;j++)
        {
            printf("%d ",dist[j]);
        }
       printf("\n");
        for(k=1;k<=m;k++)
        {
            t=dist[e[k].u]+e[k].w;
            if(dist[e[k].u]<max&&t<dist[e[k].v])
            {
                dist[e[k].v] = t;
            }
        }
    }
    /*以下是检查，若还有更新则说明存在无限循环的负值回路*/
    for(k = 0; k < m; k ++)
    {
        if(dist[e[k].u] != max &&dist[e[k].u] + e[k].w < dist[e[k].v])
        {
            return false;
        }
    }
    return true;
}

int main()
{
    scanf("%d %d",&n,&m);
    int i,j;
    for(i=0;i<n;i++)
    {
        for(j=0;j<n;j++)
            g[i][j]=max;
        g[i][i]=0;
    }
    for(i=1;i<=m;i++)
    {
        int a,b,c;
        scanf("%d %d %d",&a,&b,&c);
        e[i].u=a;
        e[i].v=b;
        e[i].w=c;
        g[a][b]=c;
    }
    for(i=0;i<n;i++)
    {
        for(j=0;j<n;j++)
            printf("%d ",g[i][j]);
        printf("\n");
    }
    bellman_ford(n);
    for(i=0;i<n;i++)
    {
        printf("%d\n",dist[i]);
    }

    return 0;
}



/*

  7 10
  0 1 6
  0 2 5
  0 3 5
  1 4 -1
  2 1 -2
  2 4 1
  3 2 -2
  3 5 -1
  4 6 3
  5 6 3
  
Press any key to continue


*/

 

 

 0(n*n*n)

void bellman_ford(int n)//bellman-ford算法
{
    int i, k, t,j;
    for(i=1;i<=n;i++)
        dist[i]=g[1][i];//初始化
    for(k=1;k<=n;k++)
    {
        for(j=1;j<=n;j++)
        {
            for(i=2;i<=n;i++)
            {
                if(g[i][j]<max&&dist[i]+g[i][j]<dist[j])
                    dist[j]=dist[i]+g[i][j];
            }
        }
    }
}