【c++刷题笔记-图论】day59:dijkstra(堆优化版)精讲 、Bellman_ford 算法精讲

dijkstra(堆优化版)

重点:使用小根堆优化,适用于稀疏图。

  • 时间复杂度:O(ElogE) E 为边的数量
  • 空间复杂度:O(N + E) N 为节点的数量
cpp 复制代码
#include <iostream>
#include <vector>
#include <list>
#include <queue>
#include <climits>
using namespace std; 
// 小顶堆
class mycomparison {
public:
    bool operator()(const pair<int, int>& lhs, const pair<int, int>& rhs) {
        return lhs.second > rhs.second;
    }
};
// 定义一个结构体来表示带权重的边
struct Edge {
    int to;  // 邻接顶点
    int val; // 边的权重

    Edge(int t, int w): to(t), val(w) {}  // 构造函数
};

int main() {
    int n, m, p1, p2, val;
    cin >> n >> m;

    vector<list<Edge>> grid(n + 1);

    for(int i = 0; i < m; i++){
        cin >> p1 >> p2 >> val; 
        // p1 指向 p2,权值为 val
        grid[p1].push_back(Edge(p2, val));

    }

    int start = 1;  // 起点
    int end = n;    // 终点

    // 存储从源点到每个节点的最短距离
    std::vector<int> minDist(n + 1, INT_MAX);

    // 记录顶点是否被访问过
    std::vector<bool> visited(n + 1, false); 
    
    // 优先队列中存放 pair<节点,源点到该节点的权值>
    priority_queue<pair<int, int>, vector<pair<int, int>>, mycomparison> pq;


    // 初始化队列,源点到源点的距离为0,所以初始为0
    pq.push(pair<int, int>(start, 0)); 
    
    minDist[start] = 0;  // 起始点到自身的距离为0

    while (!pq.empty()) {
        // 1. 第一步,选源点到哪个节点近且该节点未被访问过 (通过优先级队列来实现)
        // <节点, 源点到该节点的距离>
        pair<int, int> cur = pq.top(); pq.pop();

        if (visited[cur.first]) continue;

        // 2. 第二步,该最近节点被标记访问过
        visited[cur.first] = true;

        // 3. 第三步,更新非访问节点到源点的距离(即更新minDist数组)
        for (Edge edge : grid[cur.first]) { // 遍历 cur指向的节点,cur指向的节点为 edge
            // cur指向的节点edge.to,这条边的权值为 edge.val
            if (!visited[edge.to] && minDist[cur.first] + edge.val < minDist[edge.to]) { // 更新minDist
                minDist[edge.to] = minDist[cur.first] + edge.val;
                pq.push(pair<int, int>(edge.to, minDist[edge.to]));
            }
        }

    }

    if (minDist[end] == INT_MAX) cout << -1 << endl; // 不能到达终点
    else cout << minDist[end] << endl; // 到达终点最短路径
}

Bellman_ford

重点:用于单源最短路径带负权值的算法

  • 时间复杂度: O(N * E) , N为节点数量,E为图中边的数量
  • 空间复杂度: O(N) ,即 minDist 数组所开辟的空间
cpp 复制代码
#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
int main(){
    int n,m,p1,p2,val;
    cin>>n>>m;
    vector<vector<int>>grid;
    for(int i=0;i<m;i++){
        cin>>p1>>p2>>val;
        grid.push_back({p1,p2,val});
    }
    int start=1;
    int end=n;
    vector<int>minDist(n+1,INT_MAX);
    minDist[start]=0;
    for(int i=1;i<n;i++){
        for(vector<int>&side:grid){
            int from=side[0];
            int to=side[1];
            int price=side[2];
            if(minDist[from]!=INT_MAX&&minDist[to]>minDist[from]+price){
                minDist[to]=minDist[from]+price;
            }
        }
    }
    if(minDist[end]==INT_MAX){
        cout<<"unconnected"<<endl;
    }else{
        cout<<minDist[end]<<endl;
    }
}

总结

模板题,理解题意背模板就行,稠密图使用邻接矩阵建图用dijistra朴素版,稀疏图使用邻接表用dijistra(堆优化版)。Bellman_ford算法理清楚松弛操作

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