Bellman Ford演算法 解決負權邊

2022-04-09 07:53:07 字數 2457 閱讀 1808

dijkstra演算法雖然好,但是它不能解決帶有負權邊(邊的權值為負數)的圖。

接下來學習一種無論在思想上還是在**實現上都可以稱為完美的最短路徑演算法:bellman-ford演算法。

bellman-ford演算法非常簡單,核心**四行,可以完美的解決帶有負權邊的圖。

for(k=1;k<=n-1;k++)  //外迴圈迴圈n-1次,n為頂點個數

for(i=1;i<=m;i++)//內迴圈迴圈m次,m為邊的個數,即列舉每一條邊

if(dis[v[i]]>dis[u[i]]+w[i])//嘗試對每一條邊進行鬆弛,與dijkstra演算法相同

dis[v[i]]=dis[u[i]]+w[i];

在乙個含有n個頂點的圖中,任意兩點之間的最短路徑最多包含n-1條邊,最短路徑中不可能包含迴路。

因為最短路徑是乙個不包含迴路的簡單路徑,迴路分為正權迴路(迴路權值之和為正)和負權迴路(迴路權值之和為負)。如果最短路徑中包含正權迴路,那麼去掉這個迴路,一定可以得到更短的路徑;如果最短路徑中包含負權迴路,那麼肯定沒有最短路徑,因為每多走一次負權迴路就可以得到更短的路徑. 因此最短路徑肯定是乙個不包含迴路的最短路徑,即最多包含n-1條邊。

bellman-ford演算法的主要思想:

首先dis陣列初始化頂點u到其餘各個頂點的距離為∞,dis[u] = 0。

然後每輪對輸入的所有邊進行鬆弛,更新dis陣列,至多需要進行n-1次就可以求出頂點u到其餘各頂點的最短路徑(

因為任意兩點之間的最短路徑最多包含n-1條邊,所以只需要n-1輪就行)。

一句話概括bellman-ford演算法就是:對所有邊進行n-1次「鬆弛」操作。

此外,bellman-ford演算法可以檢測乙個圖是否有負權迴路。如果已經進行了n-1輪鬆弛之後,仍然存在

if(dis[v[i]]>dis[u[i]]+w[i])

dis[v[i]]=dis[u[i]]+w[i];

的情況,也就是說在進行n-1輪之後,仍然可以繼續成功鬆弛,那麼這個圖一定存在負權迴路。

關鍵**如下:

//

bellman-ford演算法核心語句

for(k=1;k<=n-1;k++) //

外迴圈迴圈n-1次,n為頂點個數

for(i=1;i<=m;i++)//

內迴圈迴圈m次,m為邊的個數,即列舉每一條邊

if(dis[v[i]]>dis[u[i]]+w[i])//

嘗試對每一條邊進行鬆弛,與dijkstra演算法相同

dis[v[i]]=dis[u[i]]+w[i];

//檢測負權迴路

flag=0

;for(i=1;i<=m;i++)

if(dis[v[i]]>dis[u[i]]+w[i])

flag=1

;if(flag==1

) printf(

"此圖有負權迴路

");

顯然,演算法複雜度為o(nm),比dijkstra演算法還高,當然可以進行優化。

在實際操作中,bellman-ford演算法經常會在沒有達到n-1輪鬆弛前就已經計算出最短路,上面已經說過,n-1其實是最大輪迴次數。

因此可以新增乙個變數check用來標記陣列dis在本輪鬆弛中是否發生了變化,若沒有變化,則提前跳出迴圈。

完整**如下:

#include #define inf 999999

intmain()

//初始化dis陣列,這裡是1號頂點到其餘頂點的初始路程

for (i = 1; i <= n; ++i)

dis[

1] = 0

;

//bellman-ford演算法核心**

for (j = 1; j <= n-1; ++j) //

最多迴圈n-1輪

}//鬆弛完畢後檢測陣列dis是否有更新

if (check==0

)

}//檢測負權迴路

for (i = 1; i <= m; ++i) //

n-1次之後最短路徑還會發生變化則含有負權迴路

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