【图论C++】Floyd算法（多源最短路径长 及 完整路径）

>>>竞赛算法

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 * @author          jUicE_g2R(qq:3406291309)------------彬(bin-必应)
 *						一个某双流一大学通信与信息专业大二在读	
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 * @brief           一直在算法竞赛学习的路上
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 * @copyright       2023.9
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 * @language        C++
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• Statement1💯 有些描述可能不够标准，但能达其意

文章目录

• >>>竞赛算法
• [21 Floyd算法](#21 Floyd算法)
• • [21-1 比较几种求解 最短路径 的算法](#21-1 比较几种求解 最短路径 的算法)
  • [21-2 孕育出 Floyd算法 的 原因](#21-2 孕育出 Floyd算法 的 原因)
  • [21-3 Floyd算法 的 实现](#21-3 Floyd算法 的 实现)
• 就纯一暴力法，没什么说的

21 Floyd算法

21-1 比较几种求解 最短路径 的算法

• 常见的有：DJ算法、Floyd算法、A*算法、Bellman-Ford 算法、SPFA算法

其中 A*算法 是 DJ算法 的plus版，SPFA算法 是 Bellman-Ford 算法的plus版

算法名称	DJ算法	Floyd算法	SPFA算法	A*算法
单/多源	单源	多源		单源
可否求负权值图	否	可		否
效率	较高	较低		很高
思想	贪心	动规DP，松弛	松弛	启发式搜索，估值函数
解的最优性	最优	最优		相对最优

• 单源指的是：一个起点，到其他所有点

21-2 孕育出 Floyd算法 的 原因

求 n个端点的图 的 多源最短路径 ，可以将 Dijkstra算法 执行 n次，但这样时间复杂度也上去了 O ( n 2 ∗ n ) O(n^2*n) O(n2∗n)，而且代码也很臃肿，此时就需要针对这类问题单独设计一种算法解决 代码量大 的问题------就产生了Floyd算法 。

虽然 Floyd算法 的效率相对较低 1 ^1 1且不适合处理数据量过大 2 ^2 2的图 ，但是它处理 稠密图 3 ^3 3 时效率是高于 Dijkstra算法的，而且 floyd算法 的代码量极小 4 ^4 4，实现也很简单！！！

1 ^1 1：时间复杂度为 O ( n 3 ) O(n^3) O(n3)。

2 ^2 2：空间复杂度为 O ( n 2 ) O(n^2) O(n2)：，使用的是邻接矩阵（直接开辟二维数组）。在处理稠密图时格外浪费空间。

3 ^3 3：由于三重循环结构紧凑

4 ^4 4：Dijkstra算法的思想上是很容易接受的，但是实现上其实是非常麻烦的

21-3 Floyd算法 的 实现

• 第一步：存储图：使用的是领接矩阵

• 第二步：三重循环

设 m m m 为中介点、 i i i 为起点、 j j j 为终点，这一点很像 A*算法。

判断由 起点 i 起点i 起点i 直接到 终点 j 终点j 终点j 的代价值 是否大于 起点 i 起点i 起点i 经由 中介点 m 中介点m 中介点m 到 终点 j 终点j 终点j 的代价值（即判断 d p [ i ] [ j ] > d p [ i ] [ m ] + d p [ m ] [ j ] dp[i][j]>dp[i][m]+dp[m][j] dp[i][j]>dp[i][m]+dp[m][j]），若大于（判断成立）则将从 起点 i 起点i 起点i 直接到 终点 j 终点j 终点j 的代价值 更新为 d p [ i ] [ j ] = d p [ i ] [ m ] + d p [ m ] [ j ] dp[i][j]=dp[i][m]+dp[m][j] dp[i][j]=dp[i][m]+dp[m][j]

//法一：三目运算符直接搞定
dp[i][j] = dp[i][j] > (dp[i][m]+dp[m][j])  ?  (dp[i][m]+dp[m][j]) : dp[i][j];
//法二：调用函数
dp[i][j] = min(dp[i][j], (dp[i][m]+dp[m][j]));

三重循环结束后，路径规划结束。

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
const int INF=0x3f3f3f3f;
int dp[6][6]={
    {  0,   2,   3,   6, INF, INF}, 				
    {  2,   0, INF, INF,   4,   6}, 				
    {  3, INF,   0,   2, INF, INF},				
    {  6, INF,   2,   0,   1,   3}, 
    {INF,   4, INF,   1,   0, INF}, 			
    {INF,   6, INF,   3, INF,   0}
};
vector<vector<int>> Mid(6,vector<int>(6,INF));
char ch[6]={'A','B','C','D','E','F'};
void Floyd(int n){
    int m,i,j;
    for(m=0; m<n; m++)                                      //k为中介点
        for(i=0; i<n;i++) 			                        //i为起点
            for(j=0; j<n;j++){ 		                        //j为终点
                if(dp[i][j] > (dp[i][m]+dp[m][j])){         //松弛操作
                    dp[i][j] = (dp[i][m]+dp[m][j]);
                    Mid[i][j]=m;                            //记录中介点
                }
            }
}
void Find_Path(int i, int j){
    if(Mid[i][j]==INF)
        cout<< ch[i];
    else{
        Find_Path(i, Mid[i][j]);
        i=Mid[i][j];
        while(Mid[i][j]!=INF){
            cout<< "->" << ch[ Mid[i][j] ] ;
            i=Mid[i][j];
        }
    }
    cout<< "->" << ch[j] <<endl;
}
int main(void){
    int n=6;
    Floyd(n);
    for(int i=0; i<n; i++){
        for(int j=0; j<n; j++){
            cout<< "结点" << ch[i] << "到结点" << ch[j] <<"的最短路径长为：" << dp[i][j] << ",";
            cout<<"最短路径为：";
            Find_Path(i,j);
        }
        cout<<endl;
    }
    return 0;
}

就纯一暴力法，没什么说的