bellman-ford 单源最短路问题 图解

对于边(u,v),用dist(u)和(u,v)的和尝试更新dist(v):

dist(v) = min(dist(v) , dist(u)+l(u,v)

注:dist(i)为源点(起点)到i点的距离,l(u,v)为u->v的边权。

Bellman-Ford的基本操作是进行多次迭代,每一轮迭代对图上所有边进行松弛操作,直到再 一次迭代中没有点的dist发生变化即可停止迭代。为什么呢?不妨假设已经没有dist发生变化了,再进行一轮迭代的话,很显然,之后的迭代没有产生任何作用,dist数组依旧没有改变,反倒增大了时间复杂度,这不是多此一举么。

bellman-ford 单源最短路问题 图解

初始:(S为源点)

初始设置为inf无穷大,表示还没有最短路

S A B C D E 0 inf inf inf inf inf

第一轮迭代:

对S点连出的边(s->e,s->a)

A B C D E 0

inf inf inf

对A连出的边(a->c)

B C D E 0 7 inf

inf 5

对B连出的边(b->a)

S A

C D E 0 7 inf 9 inf 5

dist(B)还没有找到最短路,更新其他点的最短路径无意义,故对B点的出边不进行松弛

对C连出的边(c->b)

S A B

D E 0 7

9 inf 5

对D连出的边(d->c,d->a)

S A B C

E 0 7 7 9 inf 5

dist(D)还没有找到最短路,更新其他点的最短路径无意义,故对D点的出边不进行松弛

对E连出的边(e->d)

S A B C D

0 7 7 9

已经对所有的边进行了松弛操作,第一轮迭代结束

第二轮迭代

对S点连出的边(s->e,s->a)

A B C D E 0 7 7 9 6 5

无需更新

对A连出的边(a->c)

B C D E 0 7 7 9 6 5

无需更新

对B连出的边(b->a)

S A

C D E 0 7 7 9 6 5

无需更新

对C连出的边(c->b)

S A B

D E 0 7 7 9 6 5

无需更新

对D连出的边(d->c,d->a)

S A B C

E 0

6 5

对E连出的边(e->d)

S A B C D

0 2 7 5 6 5

已经对所有的边进行了松弛操作,第二轮迭代结束

第三轮迭代

与第一第二轮同理(此处直接给出迭代结束的结果)

S A B C D E 0

6 5

第四轮迭代

无任何更新,迭代结束,更新完成

算法分析:

如果最短路存在,一定存在一个不含环的最短路。(理由:对零环和正环,去掉后路径不会边长;对负环,若最短路径中存在负环,那一定不是最短路,负环可以无限绕下去,路径可以是负无穷)

最短路不含环,那么一条最短路径最多经过n-1个点(不含起点),所以最多需要n-1轮松弛操作。

复杂度分析:

最多进行n-1次迭代,每次迭代枚举遍历所有边,尝试通过边进行松弛操作,故复杂度为

O(N-1)*O(M)即O(NM),(注:N为点数,M为边数)

伪代码

for (int i = 0; i

检查有无负环

将dist数组初始化为0,迭代n-1次后进行第n次迭代,如果第n次迭代有进行松弛操作,则一定存在负环,因为不存在负环最多只能进行n-1次松弛操作

代码实现:

void bellman_ford(int s, int end) // s为起点,end为终点
{
memset(dis, 127, sizeof(dis));
dis[s] = 0; //起点最短路为0
pre[s] = -1;
for (int i = 1; i

模板题

题目描述:

给你一张简单有向图,边权都为非负整数。以及一些询问,询问两个点之间的距离。

图用以下形式给出:

第一行输入三个整数 n,m,k表示图的顶点数、边数和询问次数,顶点编号从 1 到 n。

接下来 m 行,每行三个整数 x,y,z表示 x 到 y 有一条有向边,边权为 z。

接下来 k 行,每行两个整数 x,y 询问从 x 到 y 的最短路长度,如果无法到达,输出 −1。

输入格式:

第一行三个整数 n,m,k 表示图的顶点数、边数和询问次数。

接下来 m 行,每行有三个整数,代表一条边。

接下来 k 行,每行有两个整数,代表一次询问。

输出格式:

输出共 k 行,每行一个数表示一次询问的答案。

数据规模:

对于所有数据,保证 2≤n≤5000,0≤m≤10000,1≤k≤5,1≤x,y≤n,x≠y,1≤z≤10000。

样例输入:

3 3 2
1 2 3
2 3 2
3 2 1
1 3
3 1

样例输出:

5
-1

直接给代码了

参考文献:

《算法竞赛,入门经典(第二版)》

2022 Namomo Spring Camp Div2 Day8 直播课

ending

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Original: https://www.cnblogs.com/hygge/p/16200655.html
Author: self_disc
Title: bellman-ford 单源最短路问题 图解

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