適用範圍:給定的圖存在負權邊,這時類似Dijkstra等算法便沒有了用武之地,而Bellman-Ford算法的複雜度又過高,SPFA算法便 派上用場了。 我們約定有向加權圖G不存在負權迴路,即最短路徑一定存在。當然,我們可以在執行該算法前做一次拓撲排序,以判斷是否存在負權迴路,但這不是我們討論的重 點。
算法思想:我們用數組d記錄每個結點的最短路徑估計值,用鄰接表來存儲圖G。我們採取的方法是動態逼近法:設立一個先進先出的隊列用來保存待優化的 結點,優化時每次取出隊首結點u,並且用u點當前的最短路徑估計值對離開u點所指向的結點v進行鬆弛操作,如果v點的最短路徑估計值有所調整,且v點不在 當前的隊列中,就將v點放入隊尾。這樣不斷從隊列中取出結點來進行鬆弛操作,直至隊列空爲止
期望的時間複雜度O(ke), 其中k爲所有頂點進隊的平均次數,可以證明k一般小於等於2。
實現方法:
建立一個隊列,初始時隊列裏只有起始點,再建立一個表格記錄起始點到所有點的最短路徑(該表格的初始值要賦爲極大值,該點到他本身的路徑賦爲 0)。然後執行鬆弛操作,用隊列裏有的點作爲起始點去刷新到所有點的最短路,如果刷新成功且被刷新點不在隊列中則把該點加入到隊列最後。重複執行直到隊列 爲空。
判斷有無負環:
如果某個點進入隊列的次數超過N次則存在負環(SPFA無法處理帶負環的圖)
首先建立起始點a到其餘各點的
最短路徑表格
首先源點a入隊,當隊列非空時:
1、隊首元素(a)出隊,對以a爲起始點的所有邊的終點依次進行鬆弛操作(此處有b,c,d三個點),此時路徑表格狀態爲:
在鬆弛時三個點的最短路徑估值變小了,而這些點隊列中都沒有出現,這些點
需要入隊,此時,隊列中新入隊了三個結點b,c,d
隊首元素b點出隊,對以b爲起始點的所有邊的終點依次進行鬆弛操作(此處只有e點),此時路徑表格狀態爲:
在最短路徑表中,e的最短路徑估值也變小了,e在隊列中不存在,因此e也要
入隊,此時隊列中的元素爲c,d,e
隊首元素c點出隊,對以c爲起始點的所有邊的終點依次進行鬆弛操作(此處有e,f兩個點),此時路徑表格狀態爲:
在最短路徑表中,e,f的最短路徑估值變小了,e在隊列中存在,f不存在。因此
e不用入隊了,f要入隊,此時隊列中的元素爲d,e,f
隊首元素d點出隊,對以d爲起始點的所有邊的終點依次進行鬆弛操作(此處只有g這個點),此時路徑表格狀態爲:
在最短路徑表中,g的最短路徑估值沒有變小(鬆弛不成功),沒有新結點入隊,隊列中元素爲f,g
隊首元素f點出隊,對以f爲起始點的所有邊的終點依次進行鬆弛操作(此處有d,e,g三個點),此時路徑表格狀態爲:
在最短路徑表中,e,g的最短路徑估值又變小,隊列中無e點,e入隊,隊列中存在g這個點,g不用入隊,此時隊列中元素爲g,e
隊首元素g點出隊,對以g爲起始點的所有邊的終點依次進行鬆弛操作(此處只有b點),此時路徑表格狀態爲:
在最短路徑表中,b的最短路徑估值又變小,隊列中無b點,b入隊,此時隊列中元素爲e,b
隊首元素e點出隊,對以e爲起始點的所有邊的終點依次進行鬆弛操作(此處只有g這個點),此時路徑表格狀態爲:
在最短路徑表中,g的最短路徑估值沒變化(鬆弛不成功),此時隊列中元素爲b
隊首元素b點出隊,對以b爲起始點的所有邊的終點依次進行鬆弛操作(此處只有e這個點),此時路徑表格狀態爲:
在最短路徑表中,e的最短路徑估值沒變化(鬆弛不成功),此時隊列爲空了
最終a到g的最短路徑爲14
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