【杂乱笔记】图论

HeaoDng1442024-08-17 15:24

图论

文章目录

图的存储与深度、广度遍历

基础定义

存储方式：

**邻接矩阵：**如果图有 N 个节点，那么矩阵的维度为 N ×N ，矩阵中的每个元素 A [i ] [j ] 表示节点 i 和节点 j 之间是否存在边。

[!NOTE]

邻接矩阵适用于稠密图

**邻接表：**在邻接表表示法中，每个节点都有一个列表，该列表存储与该节点直接相连的所有节点。

[!NOTE]

邻接表适用于稀疏图

遍历方式：

DFS（深度优先搜索）：从一个选定的节点开始，沿着每一条分支尽可能深入地探索，直到不能继续为止，然后回溯到上一个节点继续探索其他未访问的分支。

深搜三部曲：

1、确认递归函数，参数

2、确认终止条件（一般是判断是否visited）

[!NOTE]

在DFS中，栈在任何时刻都只包含从起始点的下一个点到当前探索点的路径,在岛屿问题中，如果岛屿退化成一条链，那么栈里就是岛屿上所有的土地-1。

BFS（广度优先搜索）：按层次逐层探索图，先访问当前深度层次的所有节点，然后再进入下一深度层次的节点。

[!NOTE]

在BFS中，队列在某些时刻可能会包含岛屿的所有或大部分土地节点，例如岛屿在某一"层"上的宽度或周长

  • 如果岛屿是一条长链（1xN的形状），那么队列的最大大小将始终为1或2，因为在任何时候只有一个或两个节点正在被处理。
  • 如果岛屿是一个正方形（NxN的形状），队列的最大大小可能接近岛屿的周长（4N-4）。

代码实现

DFS (邻接矩阵)

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
vector<vector<int>> result; // 收集符合条件的路径
vector<int> path; // 1节点到终点的路径

void dfs (const vector<vector<int>>& graph, int x, int n) {
    // 当前遍历的节点x 到达节点n 
    if (x == n) { // 找到符合条件的一条路径
        result.push_back(path);
        return;
    }
    for (int i = 1; i <= n; i++) { // 遍历节点x链接的所有节点
        if (graph[x][i] == 1) { // 找到 x链接的节点
            path.push_back(i); // 遍历到的节点加入到路径中来
            dfs(graph, i, n); // 进入下一层递归
            path.pop_back(); // 回溯，撤销本节点
        }
    }
}

int main() {
    int n, m, s, t;
    cin >> n >> m;

    // 节点编号从1到n，所以申请 n+1 这么大的数组
    vector<vector<int>> graph(n + 1, vector<int>(n + 1, 0));

    while (m--) {
        cin >> s >> t;
        // 使用邻接矩阵 表示无线图，1 表示 s 与 t 是相连的
        graph[s][t] = 1;
    }

    path.push_back(1); // 无论什么路径已经是从0节点出发
    dfs(graph, 1, n); // 开始遍历

    // 输出结果
    if (result.size() == 0) cout << -1 << endl;
    for (const vector<int> &pa : result) {
        for (int i = 0; i < pa.size() - 1; i++) {
            cout << pa[i] << " ";
        }
        cout << pa[pa.size() - 1]  << endl;
    }
}

DFS (邻接表)

cpp 复制代码 
#include<iostream>
#include<vector>
#include<list>
using namespace std;
vector<vector<int>> result;
vector<int>path;
void dfs(vector<list<int>>&graph,int x,int n){
	if(x==n){
		result.push_back(path);
		return;
	}
	for(int m:graph[x]){
		path.push_back(m);
		dfs(graph,m,n);
		path.pop_back();
	}
}

int main(){
	int a,b;
	cin>>a>>b;
	vector<list<int>>graph(a+1);
	while(b--){
		int s,t;
		cin>>s>>t;
		graph[s].push_back(t);
	}
	path.push_back(1);
	dfs(graph,1,a);
	
	if (result.size() == 0) cout << -1 << endl;
	for (const vector<int> &pa : result) {
		for (int i = 0; i < pa.size() - 1; i++) {
			cout << pa[i] << " ";
		}
		cout << pa[pa.size() - 1]  << endl;
	}
}

BFS (邻接矩阵)

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <vector>
#include <queue>
using namespace std;

const int MAX_N = 1000;  // 最大顶点数
vector<vector<int>> graph(MAX_N, vector<int>(MAX_N, 0));
vector<bool> visited(MAX_N, false);
int n;  // 顶点数

void bfs(int start) {
    queue<int> q;
    q.push(start);
    visited[start] = true;
    
    while (!q.empty()) {
        int v = q.front();
        q.pop();
        cout << v << " ";
        
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            if (graph[v][i] && !visited[i]) {
                q.push(i);
                visited[i] = true;
            }
        }
    }
}

int main() {
    int m;  // 边数
    cin >> n >> m;
    
    for (int i = 0; i < m; i++) {
        int u, v;
        cin >> u >> v;
        graph[u][v] = graph[v][u] = 1;
    }
    
    bfs(0);  // 从顶点0开始BFS
    return 0;
}

BFS (邻接表)

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <vector>
#include <queue>
using namespace std;

const int MAX_N = 1000;  // 最大顶点数
vector<vector<int>> graph(MAX_N);
vector<bool> visited(MAX_N, false);
int n;  // 顶点数

void bfs(int start) {
    queue<int> q;
    q.push(start);
    visited[start] = true;
    
    while (!q.empty()) {
        int v = q.front();
        q.pop();
        cout << v << " ";
        
        for (int u : graph[v]) {
            if (!visited[u]) {
                q.push(u);
                visited[u] = true;
            }
        }
    }
}

int main() {
    int m;  // 边数
    cin >> n >> m;
    
    // 确保输入的顶点数不超过最大限制
    if (n > MAX_N) {
        cout << "顶点数超过最大限制" << endl;
        return 1;
    }
    
    // 读入边并构建图
    for (int i = 0; i < m; i++) {
        int u, v;
        cin >> u >> v;
        // 确保顶点编号在有效范围内
        if (u >= 0 && u < n && v >= 0 && v < n) {
            graph[u].push_back(v);
            graph[v].push_back(u);
        } else {
            cout << "无效的顶点编号" << endl;
            return 1;
        }
    }
    
    bfs(0);  // 从顶点0开始BFS
    return 0;
}

其他补充

1、图的坐标轴与数学坐标轴不同，图以x轴垂直向下，y轴水平向右为正，对此dir数组的表示也不同。

上 下 左 右
{-1，0} {1，0} {0，-1} {-1，0}

2、在二叉树中，深度优先遍历包括中序、前序、后序；广度优先遍历是层序遍历。

并查集

基础定义

并查集：是一种处理集合与集合关系的数据结构，主要包含查询两个元素是否属于同一集合 和将两个不同的集合合成一个新的大集合。

  • 查询（find）：是否同属于一个"父亲"
  • 添加（join）：将两个集合添加进同一个"父亲"底下
  • 路径压缩：为了使查找到效率达到O(1)，将同一棵树下的所有节点的父节点指向根节点。

代码实现

cpp 复制代码 
int n = 1005; // n根据题目中节点数量而定，一般比节点数量大一点就好
vector<int> father = vector<int> (n, 0); // C++里的一种数组结构

// 并查集初始化
void init() {
    for (int i = 0; i < n; ++i) {
        father[i] = i;
    }
}
// 并查集里寻根的过程
int find(int u) {
    return u == father[u] ? u : father[u] = find(father[u]); // 路径压缩
}

// 判断 u 和 v是否找到同一个根
bool isSame(int u, int v) {
    u = find(u);
    v = find(v);
    return u == v;
}

// 将v->u 这条边加入并查集
void join(int u, int v) {
    u = find(u); // 寻找u的根
    v = find(v); // 寻找v的根
    if (u == v) return ; // 如果发现根相同，则说明在一个集合，不用两个节点相连直接返回
    father[v] = u;
}

按秩优化：

cpp 复制代码 
int n = 1005; // n根据题目中节点数量而定，一般比节点数量大一点就好
vector<int> father = vector<int> (n, 0); // C++里的一种数组结构
vector<int> rank = vector<int> (n, 1); // 初始每棵树的高度都为1

// 并查集初始化
void init() {
    for (int i = 0; i < n; ++i) {
        father[i] = i;
        rank[i] = 1; // 也可以不写
    }
}
// 并查集里寻根的过程
int find(int u) {
    return u == father[u] ? u : find(father[u]);// 注意这里不做路径压缩
}

// 判断 u 和 v是否找到同一个根
bool isSame(int u, int v) {
    u = find(u);
    v = find(v);
    return u == v;
}

// 将v->u 这条边加入并查集
void join(int u, int v) {
    u = find(u); // 寻找u的根
    v = find(v); // 寻找v的根

    if (rank[u] <= rank[v]) father[u] = v; // rank小的树合入到rank大的树
    else father[v] = u;

    if (rank[u] == rank[v] && u != v) rank[v]++; // 如果两棵树高度相同，则v的高度+1，因为上面 if (rank[u] <= rank[v]) father[u] = v; 注意是 <=
}

最小生成树

基础定义

最小生成树（Minimum Spanning Tree, MST）是一个连通无向图的子图，它包含图中所有的顶点，并且边的权重之和最小。最小生成树具有以下特性：

  1. 连通性：包含所有节点并保持连通。
  2. 无环性：不包含环。
  3. 最小权重：边的权重之和最小。

常用的算法有：

  • Kruskal 算法：按权重升序对边排序，然后使用并查集逐步添加边，避免环的形成。
  • Prim 算法：从任意节点开始，逐步扩展生成树，选择权重最小的边连接到未包含的节点。

代码实现

Kruskal算法

思路定义：

  • 边的权值排序，因为要优先选最小的边加入到生成树里
  • 遍历排序后的边
    • 如果边首尾的两个节点在同一个集合，说明如果连上这条边图中会出现环
    • 如果边首尾的两个节点不在同一个集合，加入到最小生成树，并把两个节点加入同一个集合

需求分析：

  • 如何实现优先选择最小的边？（非for循环遍历）
    • 可以建立一个小顶堆，保证堆顶元素即为最小的边。
  • 判断是否属于同一个集合？
    • 并查集。

具体代码：

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>

using namespace std;

// l,r为 边两边的节点，val为边的数值
struct Edge {
    int l, r, val;
};

// 节点数量
int n = 10001;
// 并查集标记节点关系的数组
vector<int> father(n, -1); // 节点编号是从1开始的，n要大一些

// 并查集初始化
void init() {
    for (int i = 0; i < n; ++i) {
        father[i] = i;
    }
}

// 并查集的查找操作
int find(int u) {
    return u == father[u] ? u : father[u] = find(father[u]); // 路径压缩
}

// 并查集的加入集合
void join(int u, int v) {
    u = find(u); // 寻找u的根
    v = find(v); // 寻找v的根
    if (u == v) return ; // 如果发现根相同，则说明在一个集合，不用两个节点相连直接返回
    father[v] = u;
}

int main() {

    int v, e;
    int v1, v2, val;
    vector<Edge> edges;
    int result_val = 0;
    cin >> v >> e;
    while (e--) {
        cin >> v1 >> v2 >> val;
        edges.push_back({v1, v2, val});
    }

    // 执行Kruskal算法
    // 按边的权值对边进行从小到大排序
    sort(edges.begin(), edges.end(), [](const Edge& a, const Edge& b) {
            return a.val < b.val;
    });

    // 并查集初始化
    init();

    // 从头开始遍历边
    for (Edge edge : edges) {
        // 并查集，搜出两个节点的祖先
        int x = find(edge.l);
        int y = find(edge.r);

        // 如果祖先不同，则不在同一个集合
        if (x != y) {
            result_val += edge.val; // 这条边可以作为生成树的边
            join(x, y); // 两个节点加入到同一个集合
        }
    }
    cout << result_val << endl;
    return 0;
}

时间复杂度：nlogn （快排） + logn （并查集） ，所以最后依然是 nlogn 。n为边的数量。

扩展

如果是要输出最小生成树都有哪些边

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>

using namespace std;

struct Edge {
    int l, r, val;
};


int n = 10001;

vector<int> father(n, -1); 

void init() {
    for (int i = 0; i < n; ++i) {
        father[i] = i;
    }
}

int find(int u) {
    return u == father[u] ? u : father[u] = find(father[u]); 
}

void join(int u, int v) {
    u = find(u); 
    v = find(v); 
    if (u == v) return ; 
    father[v] = u;
}

int main() {

    int v, e;
    int v1, v2, val;
    vector<Edge> edges;
    int result_val = 0;
    cin >> v >> e;
    while (e--) {
        cin >> v1 >> v2 >> val;
        edges.push_back({v1, v2, val});
    }

    sort(edges.begin(), edges.end(), [](const Edge& a, const Edge& b) {
            return a.val < b.val;
    });

    vector<Edge> result; // 存储最小生成树的边

    init();

    for (Edge edge : edges) {

        int x = find(edge.l);
        int y = find(edge.r);


        if (x != y) {
            result.push_back(edge); // 保存最小生成树的边
            result_val += edge.val; 
            join(x, y);
        }
    }

    // 打印最小生成树的边
    for (Edge edge : result) {
        cout << edge.l << " - " << edge.r << " : " << edge.val << endl;
    }

    return 0;
}
prim算法

思路定义

  1. 第一步，选距离生成树最近节点（val最小）
  2. 第二步，最近节点加入生成树
  3. 第三步，更新非生成树节点到生成树的距离（即更新minDist数组）

minDist数组 用来记录 每一个节点距离最小生成树的最近距离。

需求分析

需要个数组：

1、存图数组

2、最小生成树数组

3、minDist数组

4、是否已经在树中数组

代码实现：

cpp 复制代码 
#include<iostream>
#include<vector>
#include <climits>

using namespace std;
int main() {
    int v, e;
    int x, y, k;
    cin >> v >> e;
    // 填一个默认最大值，题目描述val最大为10000
    vector<vector<int>> grid(v + 1, vector<int>(v + 1, 10001));
    while (e--) {
        cin >> x >> y >> k;
        // 因为是双向图，所以两个方向都要填上
        grid[x][y] = k;
        grid[y][x] = k;

    }
    // 所有节点到最小生成树的最小距离
    vector<int> minDist(v + 1, 10001);

    // 这个节点是否在树里
    vector<bool> isInTree(v + 1, false);

    // 我们只需要循环 n-1次，建立 n - 1条边，就可以把n个节点的图连在一起
    for (int i = 1; i < v; i++) {

        // 1、prim三部曲，第一步：选距离生成树最近节点
        int cur = -1; // 选中哪个节点 加入最小生成树
        int minVal = INT_MAX;
        for (int j = 1; j <= v; j++) { // 1 - v，顶点编号，这里下标从1开始
            //  选取最小生成树节点的条件：
            //  （1）不在最小生成树里
            //  （2）距离最小生成树最近的节点
            if (!isInTree[j] &&  minDist[j] < minVal) {
                minVal = minDist[j];
                cur = j;
            }
        }
        // 2、prim三部曲，第二步：最近节点（cur）加入生成树
        isInTree[cur] = true;

        // 3、prim三部曲，第三步：更新非生成树节点到生成树的距离（即更新minDist数组）
        // cur节点加入之后， 最小生成树加入了新的节点，那么所有节点到 最小生成树的距离（即minDist数组）需要更新一下
        // 由于cur节点是新加入到最小生成树，那么只需要关心与 cur 相连的 非生成树节点 的距离 是否比 原来 非生成树节点到生成树节点的距离更小了呢
        for (int j = 1; j <= v; j++) {
            // 更新的条件：
            // （1）节点是 非生成树里的节点
            // （2）与cur相连的某节点的权值 比 该某节点距离最小生成树的距离小
            // 很多录友看到自己 就想不明白什么意思，其实就是 cur 是新加入 最小生成树的节点，那么 所有非生成树的节点距离生成树节点的最近距离 由于 cur的新加入，需要更新一下数据了
            if (!isInTree[j] && grid[cur][j] < minDist[j]) {
                minDist[j] = grid[cur][j];
            }
        }
    }
    // 统计结果
    int result = 0;
    for (int i = 2; i <= v; i++) { // 不计第一个顶点，因为统计的是边的权值，v个节点有 v-1条边
        result += minDist[i];
    }
    cout << result << endl;

}

扩展

如果是把边记录下下来

cpp 复制代码 
#include<iostream>
#include<vector>
#include <climits>

using namespace std;
int main() {
    int v, e;
    int x, y, k;
    cin >> v >> e;
    vector<vector<int>> grid(v + 1, vector<int>(v + 1, 10001));
    while (e--) {
        cin >> x >> y >> k;
        grid[x][y] = k;
        grid[y][x] = k;
    }

    vector<int> minDist(v + 1, 10001);
    vector<bool> isInTree(v + 1, false);

    //加上初始化
    vector<int> parent(v + 1, -1);

    for (int i = 1; i < v; i++) {
        int cur = -1;
        int minVal = INT_MAX;
        for (int j = 1; j <= v; j++) {
            if (!isInTree[j] &&  minDist[j] < minVal) {
                minVal = minDist[j];
                cur = j;
            }
        }

        isInTree[cur] = true;
        for (int j = 1; j <= v; j++) {
            if (!isInTree[j] && grid[cur][j] < minDist[j]) {
                minDist[j] = grid[cur][j];

                parent[j] = cur; // 记录边
            }
        }
    }
    // 输出 最小生成树边的链接情况
    for (int i = 1; i <= v; i++) {
        cout << i << "->" << parent[i] << endl;
    }
}

拓扑排序

基础定义

给出一个 有向图，把这个有向图转成线性的排序 就叫拓扑排序。

类似于大学排课，有一些课程需要其他课程学完了才能学，其他课程就称为该课程的依赖关系。

思路分析

  1. 找到入度为0 的节点，加入结果集
  2. 将该节点从图中移除

结果集的顺序，就是我们想要的拓扑排序顺序 （结果集里顺序可能不唯一）

这里可以采用广搜或者深搜。

代码实现

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <vector>
#include <queue>
#include <unordered_map>
using namespace std;
int main() {
    int m, n, s, t;
    cin >> n >> m;
    vector<int> inDegree(n, 0); // 记录每个文件的入度

    unordered_map<int, vector<int>> umap;// 记录文件依赖关系
    vector<int> result; // 记录结果

    while (m--) {
        // s->t，先有s才能有t
        cin >> s >> t;
        inDegree[t]++; // t的入度加一
        umap[s].push_back(t); // 记录s指向哪些文件
    }
    queue<int> que;
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        // 入度为0的文件，可以作为开头，先加入队列
        if (inDegree[i] == 0) que.push(i);
        //cout << inDegree[i] << endl;
    }
    // int count = 0;
    while (que.size()) {
        int  cur = que.front(); // 当前选中的文件
        que.pop();
        //count++;
        result.push_back(cur);
        vector<int> files = umap[cur]; //获取该文件指向的文件
        if (files.size()) { // cur有后续文件
            for (int i = 0; i < files.size(); i++) {
                inDegree[files[i]]--; // cur的指向的文件入度-1
                if(inDegree[files[i]] == 0) que.push(files[i]);
            }
        }
    }
    if (result.size() == n) {
        for (int i = 0; i < n - 1; i++) cout << result[i] << " ";
        cout << result[n - 1];
    } else cout << -1 << endl;


}

最短路径

基础定义

在图中从一个起点到一个终点的路径，使得路径上边的权重之和最小。

  1. Dijkstra算法 ：
    • 适用于非负权重图。
    • 使用优先队列逐步扩展最短路径。
  2. Bellman-Ford算法 ：
    • 适用于有负权边的图。
    • 可以检测负权环。
  3. Floyd-Warshall算法 ：
    • 适用于计算所有节点对之间的最短路径。
    • 使用动态规划解决。

代码实现

Dijkstra算法

通过贪心算法

  1. 第一步，选源点到哪个节点近且该节点未被访问过
  2. 第二步，该最近节点被标记访问过
  3. 第三步，更新非访问节点到源点的距离（即更新minDist数组）

minDist数组 用来记录 每一个节点距离源点的最小距离。

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <vector>
#include <climits>
using namespace std;

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

    vector<vector<int>> grid(n + 1, vector<int>(n + 1, INT_MAX));
    for(int i = 0; i < m; i++){
        cin >> p1 >> p2 >> val;
        grid[p1][p2] = val;
    }

    int start = 1;
    int end = n;

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

    // 记录顶点是否被访问过
    vector<bool> visited(n + 1, false);

    minDist[start] = 0;  // 起始点到自身的距离为0

    for (int i = 1; i <= n; i++) { // 遍历所有节点

        int minVal = INT_MAX;
        int cur = 1;

        // 1、选距离源点最近且未访问过的节点
        for (int v = 1; v <= n; ++v) {
            if (!visited[v] && minDist[v] < minVal) {
                minVal = minDist[v];
                cur = v;
            }
        }

        visited[cur] = true;  // 2、标记该节点已被访问

        // 3、第三步，更新非访问节点到源点的距离（即更新minDist数组）
        for (int v = 1; v <= n; v++) {
            if (!visited[v] && grid[cur][v] != INT_MAX && minDist[cur] + grid[cur][v] < minDist[v]) {
                minDist[v] = minDist[cur] + grid[cur][v];
            }
        }

    }

    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

}

对于此也有优化版

代码随想录

Bellman-Ford算法
  1. 初始化 ：
    • 将源点的距离初始化为 0，其他所有节点的距离初始化为正无穷大。
  2. 松弛操作 ：
    • 对所有边进行 V −1 次迭代（V 是节点数）。
    • 对于每条边 (u ,v)，如果 distance[u]+weight(u,v)<distance[v]，则更新 distance[v]。
  3. 检测负权环 ：
    • 在第 V 次迭代中，再次尝试松弛所有边。
    • 如果还能更新任意节点的距离，则图中存在负权环。
cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <vector>
#include <list>
#include <climits>
using namespace std;

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

    vector<vector<int>> grid;

    // 将所有边保存起来
    for(int i = 0; i < m; i++){
        cin >> p1 >> p2 >> val;
        // p1 指向 p2，权值为 val
        grid.push_back({p1, p2, val});

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

    vector<int> minDist(n + 1 , INT_MAX);
    minDist[start] = 0;
    for (int i = 1; i < n; i++) { // 对所有边 松弛 n-1 次
        for (vector<int> &side : grid) { // 每一次松弛，都是对所有边进行松弛
            int from = side[0]; // 边的出发点
            int to = side[1]; // 边的到达点
            int price = side[2]; // 边的权值
            // 松弛操作 
            // minDist[from] != INT_MAX 防止从未计算过的节点出发
            if (minDist[from] != INT_MAX && minDist[to] > minDist[from] + price) { 
                minDist[to] = minDist[from] + price;  
            }
        }
    }
    if (minDist[end] == INT_MAX) cout << "unconnected" << endl; // 不能到达终点
    else cout << minDist[end] << endl; // 到达终点最短路径

}
Floyd算法

Floyd-Warshall算法用于计算所有节点对之间的最短路径。它适用于带权有向图，可以处理负权边，但不能处理负权环。

  1. 初始化 ：
    • 创建一个距离矩阵 dist，将每个节点对的距离初始化为边权重，对于没有直接边的节点对，初始化为正无穷大。
    • 对角线元素（自身到自身的距离）初始化为 0。
  2. 动态规划 ：
    • 逐步引入每个节点作为中间节点，更新距离矩阵。
    • 对于每对节点 (i,j)，检查是否通过中间节点 kk 可以缩短路径： dist[i] [j]=min⁡(dist[i] [j],dist[i] [k]+dist[k] [j])
  3. 检测负权环 ：
    • 如果在最终的距离矩阵中，任何 dist[i][i]dist[i ][i] 变为负数，则存在负权环。

**dp数组的定义如下：**grid[i] [j] [k] = m，表示 节点i 到 节点j 以[1...k] 集合为中间节点的最短距离为m。

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <vector>
#include <list>
using namespace std;

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

    // 创建一个三维向量 grid，用于存储节点之间的最短路径距离
    // 初始化为 10005，表示初始时节点之间不可达（假设边的最大权重为 10000）
    vector<vector<vector<int>>> grid(n + 1, vector<vector<int>>(n + 1, vector<int>(n + 1, 10005)));  

    // 读取图的边信息
    for(int i = 0; i < m; i++){
        cin >> p1 >> p2 >> val;
        grid[p1][p2][0] = val;  // 设置 p1 到 p2 的初始距离
        grid[p2][p1][0] = val;  // 因为是无向图，所以还要设置 p2 到 p1 的距离
    }

    // 开始 Floyd-Warshall 算法
    for (int k = 1; k <= n; k++) {  // k 表示中间节点
        for (int i = 1; i <= n; i++) {  // i 表示起始节点
            for (int j = 1; j <= n; j++) {  // j 表示终止节点
                // 更新 i 到 j 的最短路径，考虑通过 k 的路径
                grid[i][j][k] = min(grid[i][j][k-1], grid[i][k][k-1] + grid[k][j][k-1]);
            }
        }
    }

    // 处理查询
    int z, start, end;
    cin >> z;
    while (z--) {
        cin >> start >> end;
        // 输出从 start 到 end 的最短路径
        // 如果距离仍为初始值 10005，表示不可达，输出 -1
        if (grid[start][end][n] == 10005) cout << -1 << endl;
        else cout << grid[start][end][n] << endl;
    }
}
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