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floyd算法为什么要用邻接矩阵实现而不用邻接表

floyd算法要用邻接矩阵实现而不用邻接表是因为需要O(1)时间查询任意两个顶点的边权值,在这一句中:d(i, j) = d(i, k) + d(k, j)。Floyd 算法是一个基于「贪心」、「动态规划」求一个图中 所有点到所有点 最短路径的算法,时间复杂度 O(n3)。

一、floyd算法为什么要用邻接矩阵实现而不用邻接表

floyd算法要用邻接矩阵实现而不用邻接表是因为需要O(1)时间查询任意两个顶点的边权值,在这一句中:d(i, j) = d(i, k) + d(k, j)。Floyd 算法是一个基于「贪心」、「动态规划」求一个图中 所有点到所有点 最短路径的算法,时间复杂度 O(n3)。

1)算法思想原理:

Floyd算法是一个经典的动态规划算法。用通俗的语言来描述的话,首先我们的目标是寻找从点i到点j的最短路径。从动态规划的角度看问题,我们需要为这个目标重新做一个诠释(这个诠释正是动态规划最富创造力的精华所在)

从任意节点i到任意节点j的最短路径不外乎2种可能,1是直接从i到j,2是从i经过若干个节点k到j。所以,我们假设Dis(i,j)为节点u到节点v的最短路径的距离,对于每一个节点k,我们检查Dis(i,k) + Dis(k,j) < Dis(i,j)是否成立,如果成立,证明从i到k再到j的路径比i直接到j的路径短,我们便设置Dis(i,j) = Dis(i,k) + Dis(k,j),这样一来,当我们遍历完所有节点k,Dis(i,j)中记录的便是i到j的最短路径的距离。

2)算法描述:

a.从任意一条单边路径开始。所有两点之间的距离是边的权,如果两点之间没有边相连,则权为无穷大。   

b.对于每一对顶点 u 和 v,看看是否存在一个顶点 w 使得从 u 到 w 再到 v 比己知的路径更短。如果是更新它。

3)Floyd算法过程矩阵的计算—-十字交叉法

方法:两条线,从左上角开始计算一直到右下角。

给出矩阵,其中矩阵A是邻接矩阵,而矩阵Path记录u,v两点之间最短路径所必须经过的点。

延伸阅读:

二、滚动数组

滚动数组是一种动态规划中常见的降维优化的方式,应用广泛(背包dp等),可以极大的减少空间复杂度。在我们求出的状态转移方程中,我们在更新f[k]层状态的时候,用到f[k-1]层的值,f[k-2] f[k-3]层的值就直接废弃了。所以我们大可让名列前茅层的大小从n变成2,再进一步,我们在f[k]层更新f[k][i][j]的时候,f[k-1][i][k] 和 f[k-1][k][j] 我们如果能保证,在更新k层另外一组路径m->n的时候,不受前面更新过的f[k][i][j]的影响,就可以把名列前茅维度去掉了。我们现在去掉名列前茅个维度,写成我们在代码中的那样,就是f[i][j] 依赖 f[i][k] + f[k][j] 我们在更新f[m][n]的时候,用到了f[m][k] + f[k][n] 假设f[i][j]的更新影响到了f[m][k] 或者 f[k][m] 即 {m=i,k=j} 或者 {k=i,n=j} 这时候有两种情况,j和k是同一个点,或者i和k是同一个点,那么 f[i][j] = f[i][j] + f[j][j],或者f[i][j] = f[i][i]+f[i][j] 这时候,我们所谓的“前面更新的点对”还是这两个点本来的路径,也就是说,少数两种在某一层先更新的点,影响到后更新的点的情况,是完全合理的,所以说,我们即时把名列前茅维去掉,也满足无后效性原则。因此可以用滚动数组优化。优化之后的状态转移方程即为:f[i][j] = min(f[i][j],f[i][k]+f[k][j])。

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