SPFA算法简单易懂

た入场券 2022-03-10 05:58 237阅读 0赞

一、怎么看怎么觉得SPFA是bellman—Floyd的升级版

原文：[https://www.cnblogs.com/xzxl/p/7246918.html][https_www.cnblogs.com_xzxl_p_7246918.html]

二、算法描述

算法特点：在 Bellman-ford 算法的基础上加上一个队列优化，减少了冗余的松弛操作，是一种高效的最短路算法。

时间复杂度：O（mn）

**关键词：初始化    松弛操作    队列**

**主要变量如下：**

**int n　　　           表示有n个点，从1~n标号**

**int s,t 　　　        s为源点，t为终点**

**int dis\[N\]　          dis\[i\]表示源点s到点i的最短路径**

**int pre\[N\]　         记录路径，pre\[i\]表示i的前驱结点**

**bool vis\[N\]          vis\[i\]=true表示点i在队列中**

**queue<int> q     队列，在整个算法中有顶点入队了要记得标记vis数组，有顶点出队了记得消除那个标记**

【初始化】

dis数组全部赋值为INF，pre数组全部赋值为-1（表示还不知道前驱），

dis\[s\] = 0 表示源点不要求最短路径（或者最短路径就是0）。

【队列+松弛操作】

读取队头顶点u，并将队头顶点u出队（记得消除标记）；将与点u相连的所有点v进行松弛操作，如果能更新估计值（即令d\[v\]变小），那么就更新，另外，如果点v没有在队列中，那么要将点v入队（记得标记），如果已经在队列中了，那么就不用入队，这样不断从队列中取出顶点来进行松弛操作。

以此循环，直到队空为止就完成了单源最短路的求解。

【算法过程】

设立一个队列用来保存待优化的顶点，优化时每次取出队首顶点 u，并且用 u 点当前的最短路径估计值`dis[u]`对与 u 点邻接的顶点 v 进行松弛操作，如果 v 点的最短路径估计值`dis[v]`可以更小，且 v 点不在当前的队列中，就将 v 点放入队尾。这样不断从队列中取出顶点来进行松弛操作，直至队列空为止。

【检测负权回路】

方法：如果某个点进入队列的次数大于等于 n，则存在负权回路，其中 n 为图的顶点数。

**说明：SPFA无法处理带负环的图。**

**板子：**

#include<iostream>   
    #include<queue>
    #include<stack>
    using namespace std;
     
    int matrix[100][100];  //邻接矩阵
    bool visited[100];     //标记数组
    int dist[100];         //源点到顶点i的最短距离
    int path[100];         //记录最短路的路径
    int enqueue_num[100];  //记录入队次数
    int vertex_num;        //顶点数
    int edge_num;          //边数
    int source;            //源点
     
    bool SPFA()
    {
        memset(visited, 0, sizeof(visited));
        memset(enqueue_num, 0, sizeof(enqueue_num));
        for (int i = 0; i < vertex_num; i++)
        {
            dist[i] = INT_MAX;
            path[i] = source;
        }
     
        queue<int> Q;
        Q.push(source);
        dist[source] = 0;
        visited[source] = 1;
        enqueue_num[source]++;
        while (!Q.empty())
        {
            int u = Q.front();
            Q.pop();
            visited[u] = 0;
            for (int v = 0; v < vertex_num; v++)
            {
                if (matrix[u][v] != INT_MAX)  //u与v直接邻接
                {
                    if (dist[u] + matrix[u][v] < dist[v])
                    {
                        dist[v] = dist[u] + matrix[u][v];
                        path[v] = u;
                        if (!visited[v])
                        {
                            Q.push(v);
                            enqueue_num[v]++;
                            if (enqueue_num[v] >= vertex_num)
                                return false;
                            visited[v] = 1;
                        }
                    }
                }
            }
        }
        return true;
    }
     
    void Print()
    {
        for (int i = 0; i < vertex_num; i++)
        {
            if (i != source)
            {
                int p = i;
                stack<int> s;
                cout << "顶点 " << source << " 到顶点 " << p << " 的最短路径是： ";
     
                while (source != p)  //路径顺序是逆向的，所以先保存到栈
                {
                    s.push(p);
                    p = path[p];
                }
     
                cout << source;
                while (!s.empty())  //依次从栈中取出的才是正序路径
                {
                    cout << "--" << s.top();
                    s.pop();
                }
                cout << "    最短路径长度是：" << dist[i] << endl;
            }
        }
    }
     
    int main()
    {
     
        cout << "请输入图的顶点数，边数，源点：";
        cin >> vertex_num >> edge_num >> source;
     
        for (int i = 0; i < vertex_num; i++)
            for (int j = 0; j < vertex_num; j++)
                matrix[i][j] = INT_MAX;  //初始化matrix数组
     
        cout << "请输入" << edge_num << "条边的信息：\n";
        int u, v, w;
        for (int i = 0; i < edge_num; i++)
        {
            cin >> u >> v >> w;
            matrix[u][v] = w;
        }
     
        if (SPFA())
            Print();
        else
            cout << "Sorry,it have negative circle!\n";
     
        return 0;
    }

简洁代码：

#include<bits/stdc++.h>
    using namespace std;
    int n,m,d[],cnt[],path[],v[],G[][];//点数，边数，最短距离，入队次数，路径，权值
    bool SPFA(int s){
        for(int i=1;i<=n;i++){
            path[i]=inf;
            d[i]=inf;
        }//初始化
        d[s]=0;
        cnt[s]++;
        path[s]=-1;//源点初始化
        queue<int> q;
        q.push(s);
        while(!s.empty()){//进行spfa
            int u=q.front();
            v[u]=0;
            for(int i=1;i<=m;i++){
                if(G[u][i]!=inf&&d[i]>d[u]+G[u][i]){//如果可以松弛
                    d[i]=d[u]+G[u][i];
                    path[i]=u;//
                    if(!v[i]){//如果不在队列里
                        cnt[i]++;//次数加 1
                        q.push(i);//入队
                        if(cnt[i]>=n)return false;//存在负环
                        v[i]=1;//标记
                    }
                }
            }
        }
        return true;
    }
    
    
    
    int main(){
    }

[https_www.cnblogs.com_xzxl_p_7246918.html]: https://www.cnblogs.com/xzxl/p/7246918.html